浅析二级泵站中水泵的调速节能

据统计，目前水泵电耗约占全国总用电量的20%。在自来水厂中，泵房运行费占水厂制水成本的50%以上，而同时，二级泵站又有巨大的节能潜力。因此，恰当调整传统的供水方式，采取最大限度的节能措施，不仅能带来巨大的经济效益，而且还会产生巨大的社会效益。

      水厂机泵的选型,一般是按城市最高日.最大时的需水量来确定的，但管网供水显然不是恒定流量，因此在大部分时段里机泵都处于低负荷运行。水泵的特性曲线方程为：H=H_X--S_XQ²  而管道的特性曲线方程为：H=H_ST + ∑SQ²

式中     H------水泵的实际扬程      Q------水泵的实际出水量

H_X------水泵在Q=0时所产生的虚总扬程

S_X------泵体内虚阻耗系数            H_ST------水泵静扬程

S------代表长度及直径已定的管道的沿程与局部阻力之和的系数

水泵装置的工况点是指水泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点，也即为水泵特性曲线与管道特性曲线的交点。当曲线改变时，工况点就会转移。二级泵站传统的运行方式是进行台数的切换水泵恒速运行；目前，随着科学技术的发展，变速运行正成为发展的趋势（其中，变频调速是其主要方式）。变速调节主要有二种运行方式：①恒压变流量运行方式②变压变流量运行方式。下面，我们从能量消耗的角度上来分析恒速运行与变速运行的效果。

1  恒速运行

恒速运行时的特性曲线如左图所示。从图上可知，当管网中的流量从Q1降为Q2时，水泵的供水压力将从设计供水压力H0升高至H1，理论上水泵此时需要消耗功率为Q2*H1，但从图上管网特性曲线分析，此时管网瞬时需要消耗功率为Q2*H2，水泵多消耗的功率Q2*H1-Q2*H2实际上是管网压力升高而无效地消耗于管网之中。在水厂实际运行中我们常见的就是通过调节阀门的开启度来调节流量，即通过增大管网的阻力来平衡水泵的工况（使管道特性曲线变陡）。因为管网的用水量是每时每刻都在变化的，而二级泵站的分级也是有限的，靠水泵台数的切换是不现实的，所以常采用闸阀节流措施。虽然使用闸阀节流，水泵的轴功率会随着流量的减少而减少，且操作方便易行，但从经济上看，节流调节很明显是用消耗水泵的多余能量来维持一定的供水量；同时从效率曲线上可知，当流量从Q1降到Q2时，水泵的效率也相应地从η_A降低到η_B。

2  变速运行

  变速运行主要有以下两种运行方式:

⑴ 恒压变流量运行

恒压运行时的特性曲线如左图所示，当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时，压力保持不变（恒为H0），由于水泵采用变频调速，即有原来的满转速n变为n1，如图红线所示。理论上此时水泵需要消耗功率为Q2*H0，虽然小于恒速运行时的消耗功率Q2*H1，但仍大于管网此时需要的消耗功率Q2*H2。因此，为了平衡水泵的工况点，也只好采用单闸节流措施，同恒速运行时一样，多消耗的功率（Q2*H0—Q2*H2）仍然是无效地消耗于管网之中。但从效率特性曲线图可知，采用变速运行水泵的效率提高了（由η_A提高到η_B，C点为D点的等效点）；且这种运行方式供水品质优良，可在任何情况下同时满足全网各用户对供水的流量与扬程的不同要求。

⑵ 变压变流量运行

从左图特性曲线可知，当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时，由于水泵采用变速运行，使转速从n调为n2，并使水泵的出水压力刚好等于H2，此时理论上水泵的输出功率为Q2*H2，而此时管网需要消耗功率也为Q2*H2，两者刚好相等，水泵也达到其平衡工况点，因此这种运行方式是最节能的。同恒压运行一样，水泵的效率也提高了（由η_A提高为η_B）。

3   分析比较

从以上特性曲线图可知，变速运行相对恒速运行来说，是通过以下两个途径节能的：第一是提高了水泵的效率 ；第二是降低用阀门节流引起的压力损失。通常变速运行比恒速运行多节能12%左右。变速运行中，虽然变压比恒压方式节能，但并不能说变压就一定比恒压好，而应根据实际情况具体分析。恒压运行无须知道流量，只要有一个压力传感器就行；而变压运行是根据流量变化从而使压力作出相应的变化，它必须知道用水量，也就是说，变压运行必须要有流量计，因此，变压运行的造价比恒压运行要高。

从特性曲线分析可知，当管道特性曲线的斜率较小时（即曲线较平缓），如下图所示，

此时一般用恒

压运行方式。因为恒压运行方式投资较变压方式少，且此时若用变压方式，相对恒压方式也节不了多少能量。此时恒压供水不仅安全可靠，

4  结束语

      水泵变速调节是一种有效的调节方式，相对恒速运行方式而言，节电效果明显。在采用变速方式时，根据上图所示，一般认为，当S_A / S_B >4时，则采用恒压运行方式较安全及经济。在室内外供水系统中大多为此类情况；而在自来水厂中，配水管网一般阻力都较大，即管道特性曲线较陡，应采用变压运行方式才能最大限度的节能。当然，先进的调速设备价格较为昂贵，一次投资较大，因此不能盲目地认为变速调节就一定能节能，当管网中有水塔和水池且其调节容积足够大时，就没有必要采用变速调节了。