二級泵站中水泵的調速節能
摘要：在自來水成本中，電耗是大頭；因此，要想降低自來水成本，節能是關鍵。本文對二級泵站的幾種運行方式（定速運行，變速恒壓運行，變速變壓運行），從能量消耗的角度上進行分析，并指 出了各運行方式的適用場合,同時探討了二級泵站中水泵的一些節能運行方式。
據統計，目前水泵電耗約占國內總用電量的20%。在自來水廠中，泵房運行費占水廠制水成本的50%以上，而同時，二級泵站又有巨大的節能潛力。因此，恰當調整傳統的供水方式，采取*大限度的節能措施，不僅能帶來巨大的經濟效益，而且還會產生巨大的社會效益。
水廠機泵的選型,一般是按城市*高日.*大時的需水量來確定的，但管網供水顯然不是恒定流量，因此在大部分時段里機泵都處于低負荷運行。水泵的特性曲線方程為：H=HX--SXQ2 而管道的特性曲線方程為：H=HST + ∑SQ2
式中 H------水泵的實際揚程 Q------水泵的實際出水量
HX------水泵在Q=0時所產生的虛總揚程
SX------泵體內虛阻耗系數 HST------水泵靜揚程
S------代表長度及直徑已定的管道的沿程與局部阻力之和的系數
水泵裝置的工況點是指水泵供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個點，也即為水泵特性曲線與管道特性曲線的交點。當曲線改變時，工況點就會轉移。二級泵站傳統的運行方式是進行臺數的切換水泵恒速運行；目前，隨著科學技術的發展，變速運行正成為發展的趨勢（其中，變頻調速是其主要方式）。變速調節主要有二種運行方式：①恒壓變流量運行方式②變壓變流量運行方式。下面，我們從能量消耗的角度上來分析恒速運行與變速運行的效果。
1 恒速運行
恒速運行時的特性曲線如左圖所示。從圖上可知，當管網中的流量從Q1降為Q2時，水泵的供水壓力將從設計供水壓力H0升高至H1，理論上水泵此時需要消耗功率為Q2*H1，但從圖上管**性曲線分析，此時管網瞬時需要消耗功率為Q2*H2，水泵多消耗的功率Q2*H1-Q2*H2實際上是管網壓力升高而無效地消耗于管網之中。在水廠實際運行中我們常見的就是通過調節閥門的開啟度來調節流量，即通過增大管網的阻力來平衡水泵的工況（使管道特性曲線變陡）。因為管網的用水量是每時每刻都在變化的，而二級泵站的分級也是有限的，靠水泵臺數的切換是不現實的，所以常采用閘閥節流措施。雖然使用閘閥節流，水泵的軸功率會隨著流量的減少而減少，且操作方便易行，但從經濟上看，節流調節很明顯是用消耗水泵的多余能量來維持一定的供水量；同時從效率曲線上可知，當流量從Q1降到Q2時，水泵的效率也相應地從ηA降低到ηB。
2 變速運行
變速運行主要有以下兩種運行方式:
⑴ 恒壓變流量運行
恒壓運行時的特性曲線如左圖所示，當管網中的流量從設計流量Q1降為Q2時，壓力保持不變（恒為H0），由于水泵采用變頻調速，即有原來的滿轉速n變為n1，如圖紅線所示。理論上此時水泵需要消耗功率為Q2*H0，雖然小于恒速運行時的消耗功率Q2*H1，但仍大于管網此時需要的消耗功率Q2*H2。因此，為了平衡水泵的工況點，也只好采用單閘節流措施，同恒速運行時一樣，多消耗的功率（Q2*H0—Q2*H2）仍然是無效地消耗于管網之中。但從效率特性曲線圖可知，采用變速運行水泵的效率提高了（由ηA提高到ηB，C點為D點的等效點）；且這種運行方式供水品質優良，可在任何情況下同時滿足全網各用戶對供水的流量與揚程的不同要求。
⑵ 變壓變流量運行
從左圖特性曲線可知，當管網中的流量從設計流量Q1降為Q2時，由于水泵采用變速運行，使轉速從n調為n2，并使水泵的出水壓力剛好等于H2，此時理論上水泵的輸出功率為Q2*H2，而此時管網需要消耗功率也為Q2*H2，兩者剛好相等，水泵也達到其平衡工況點，因此這種運行方式是*節能的。同恒壓運行一樣，水泵的效率也提高了（由ηA提高為ηB）。
3 分析比較
從以上特性曲線圖可知，變速運行相對恒速運行來說，是通過以下兩個途徑節能的：**是提高了水泵的效率 ；**是降低用閥門節流引起的壓力損失。通常變速運行比恒速運行多節能12%左右。變速運行中，雖然變壓比恒壓方式節能，但并不能說變壓就一定比恒壓好，而應根據實際情況具體分析。恒壓運行無須知道流量，只要有一個壓力傳感器就行；而變壓運行是根據流量變化從而使壓力作出相應的變化，它必須知道用水量，也就是說，變壓運行必須要有流量計，因此，變壓運行的造價比恒壓運行要高。
從特性曲線分析可知，當管道特性曲線的斜率較小時（即曲線較平緩），如下圖所示，
此時一般用恒
壓運行方式。因為恒壓運行方式投資較變壓方式少，且此時若用變壓方式，相對恒壓方式也節不了多少能量。此時恒壓供水不僅**可靠，
4 結束語
水泵變速調節是一種有效的調節方式，相對恒速運行方式而言，節電效果明顯。在采用變速方式時，根據上圖所示，一般認為，當SA / SB >4時，則采用恒壓運行方式較**及經濟。在室內外供水系統中大多為此類情況；而在自來水廠中，配水管網一般阻力都較大，即管道特性曲線較陡，應采用變壓運行方式才能*大限度的節能。當然，先進的調速設備價格較為昂貴，一次投資較大，因此不能盲目地認為變速調節就一定能節能，當管網中有水塔和水池且其調節容積足夠大時，就沒有必要采用變速調節了。
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