供水泵選型及調節方式

2017-12-16 16:30:04

　　據統計，給水工程(Engineering)中能耗費占供水成本的30～70%，水泵的能耗費占總能耗費的90%左右。實際運行中，水泵的效率大多數不足60%，泵站的綜合效率不足50%，存在著較大的能源浪費。
　　在能源供應緊張的今天，工程設計中運用水泵供水節能技術，正確地進行泵站設計，使水泵能經常高效運行，將具有重大經濟(jīng jì)意義。
　　水泵把水從水源中取出送至用戶或凈水廠;把凈化的水送至供水管網;在長距離輸水中將水加壓;在分壓供水系統中增加管網的壓力;在用水高峰季節調節管網供水量;在工業循環供水系統中提升冷卻水和補充新鮮水等。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區，特別是在高山區安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。按照功能劃分，水泵在供水系統各環節中構成取水泵站(一級泵站)、配水泵站(二級泵站)、加壓泵站、調節泵站、循環泵站等。可以說水泵站是供水系統中的樞紐，水泵是這樞紐中的心臟。對于水泵的選型、在系統中的運行情況與節約能源、降低成本、提高經濟效益密切相關。
　　2 選泵方法
　　供水泵的選型是根據所需流量、揚程及其變化規律，同時考慮水泵常常供水時能高效運行確定。
　　一級泵站、加壓泵站是按最高日平均時用水量設計，滿足最高日供水量與揚程來確定泵型及臺數。二級泵站按供水區逐時用水量變化設計，滿足最高日最高時供水量與揚程來確定泵型及臺數。

　　2.1 取水泵的選擇
　　在一級泵站選泵的揚程中，對水源取用設計低水位。實際上水源出現低水位的機率小，大多數時間是高于這個低水位的，造成選泵揚程高于大多數時間所需要的揚程。在水位變幅大的水源中，這一因素的影響(influence)更大。對選泵所用的最高日水量來說，在一年之中最高日水量出現的天數往往只占百分之幾。大多數時間低于選泵所用的最高日水量。輸水管中的水頭損失是隨水量的變化成平方關系變化。顯然，在大多數時間里，系統上所需揚程和水量皆小于選泵時的揚程和水量。
　　2.2 供水泵的選擇(xuanze)
　　二級泵站供水管網的用水量不是一個固定(fixed)值。是逐年、逐月、逐日、逐時地變化著的。管網的水頭損失也是隨水量的變化成平方關系變化，管網所需的水壓也隨水量的變化而變化。選泵中的揚程和水量采取以點兼面、以大兼小的取值方法，不僅增加了初期設備(shèbèi)費，也因為水泵長時間的低效率運行造成能量浪費，在經濟(jīng jì)上是不允許的。
　　對于復雜的管路，當不能準確地求出管路特性曲線時，是無法選擇(xuanze)合適的泵型的。選泵參數不當，泵不可能高效運行。
　　2.3 水泵的配置
　　一般離心泵(Centrifugal pump)的效率為80%左右，選型時往往考慮設備在使用中挖潛，選泵參數留有裕量，造成投產初期水泵低效率運行。即使初期使用小泵運行，也存在效率低的問題(Emerson)。
　　對于揚程、水量變化較大的工況，若使水泵在大多數時間高效運行，實際是做不到的。
　　鑒于上述各種情況(Condition)，選泵時，在滿足最大工況的前提下，在用水量和所需水壓變化較大的情況下，可選用多臺性能不同的水泵組合運行，但臺數多、型號多、管理麻煩。上海凱泉泵業集團有限公司性能的技術參數有流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等；根據不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量；葉片泵是利用回轉葉片與水的相互作用來傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。凱泉泵業由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉，則可連續吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產生的離心力的作用下，將水提向高處的。也可考慮多臺同型號水泵并聯運行與單臺水泵獨立運行相結合的方式方法，選泵時應選擇(xuanze)在并聯運行時每臺水泵的工況點接近最高效區的左邊界，水泵在單獨運行時，工況點向右移動，仍可處在高效區運行，這樣選擇的結果，可促使水泵在整個工況變化范圍內的運行效率都較高。這種方式，同樣也因臺數多，管理麻煩。因此，在水泵供水系統中，采用其他多種節能措施是非常必要的。
　　3 水泵適應流量、揚程變化的調節方式
　　按照最大工況選泵，與實際運行工況相差較大，降低水泵效率。為此，運行中根據工況中流量與揚程的變化進行水泵運行工況的調節，常用的調節方式有下列幾種。
　　3.1 流量調節
　　3.1.1 減少閥門的開啟度
　　這是生產中常采用的調流方式方法。當水泵的工作揚程高于管路所需要的水壓時，為滿足管路的要求，減小水泵出水閥門的開啟度，使閥門增加的水頭損失恰好等于某供水量時水泵揚程與管路所需壓力之差，改變管路的特性來符合相應供水量時水泵的揚程。該調節方法使大量的電能損失在最大化減少閥門開啟度而產生的阻尼上，使工況在水泵的特性曲線上向左移動，降低了系統(system)運行效率，多耗了電能。
　　3.1.2 多臺水泵并聯運行
　　如前所述，在用水量變化較大的供水系統(system)中，設置多臺同型號或多臺不同型號的泵并聯工作，通過調節水泵的臺數進行流量調節，以適應管網對水量變化的要求。這種運行方式，臺數不能太多，這不僅因臺數太多帶來管理麻煩，降低運行效率，而且會增加水泵的開停次數，縮短設備的使用壽命，這種方式不能連續調節流量變化，也不能用來調節時變化。
　　3.2 水泵特性調節
　　3.2.1 調節水泵葉片的安裝角度
　　在安設軸流泵(Axial flow pump)或混流泵時，可利用這種泵的葉片可調性，使其工作參數隨葉片安裝角而變化，從而改變水泵的特性。水泵葉片的安裝角度增大，流量增大，水泵的效率也增高。但泵站的綜合效率不一定高，要經過計算確定。其調節方式方法有全調節和半調節兩種，全調節在水泵運行中利用調節機構進行調節。半調節是在水泵停止運行時，進行葉片安裝角度的調節。
　　3.2.2 車削葉輪直徑或更換不同直徑的葉輪
　　改變葉輪直徑可改變水泵的性能。根據流量的變化，計算出水泵高效運行時滿足工況要求的葉輪直徑，如果工況長期穩定，只車削一次即可。如果工況是隨著季節的變化而變化的，可配備不同直徑的葉輪，進行更換。這種方式受葉輪直徑變化范圍(fàn wéi)的限制。用這種方式代替調節閥(使用材料：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)門開啟度的流量調節方式，可節省能耗，但只適用于變化不太大的工況。
　　3.2.3 調節轉速
　　利用改變電動機的轉速或改變電動機和水泵的速比可改變水泵的特性，使之適應供水系統工況變化幅度較大的情況。實踐證明(zhèng míng)，調節轉速的方法具有良好的節能效果，可簡化和便于泵房設備(shèbèi)的調度，易于實現自動控制。
　　4 水泵的調速特性及節能原理
　　上述各種調節方式中，用調節水泵的轉速，是降低能耗的最好方式。原因是在改變水泵的轉速時且轉速變化在±20%范圍(fàn wéi)內，保持泵體內部的流動狀態相似的話，那么泵體內的水流速度與轉速成正比，流量與轉速比成正比，揚程與轉速比的平方成正比。軸功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）與轉速比的立方成正比。
　　Q=Q0(n/n0)
　　(1)
　　H=H0(n/n0)2
　　(2)
　　N=N0(n/n0)3
　　(3)
　　式中：n0為額定轉速，Q0為額定轉速時的流量，H0為額定轉速時的揚程，N0為額定轉速時的軸功率，為調速后的轉速，Q為n轉速時的流量，H為n轉速時的揚程，N為n轉速時的軸功率。
　　由式
　　(1)、式
　　(2)換算后可以得到下式
　　H = (H0/Q022)Q2
　　式中 H是水泵運行中任何一工況點的揚程
　　Q是水泵運行中任何一工況點的流量
　　當在最佳工況點時，H0/Q0是特定條件為H0、Q0時的特定常數。指額定轉速時的揚程與流量之比。
　　由式
　　(4)可以看出，它是以座標原點為頂點的拋物線方程，在這條拋物線上的各點工況相似，可稱為相似工況拋物線，在轉速變化為±20%的范圍(fàn wéi)內，泵的效率可基本不變，也叫高效率拋物線。
　　凈揚程不變的單泵調速節能原理。Q-H曲線為單泵額定轉速為n0時的特性曲線，Q'-H'曲線為單泵轉速為n時的特性曲線，Q-Σh曲線為管路特性曲線，A點是水泵選泵的工況點，A點對應著Q
　　A、H
　　A、ηA，是選泵的主要參數。由管路特性曲線Q-∑h決定水泵實際運行中的工況點必定在水泵特性曲線的最佳工況點0左右移動。若管網要求滿足A’點的工況，對應的參數是QA'、HA'、ηA"；由圖2見到ηA"≤ηA，效率降低了。根據式
　　(4)及QA'、HA'二參數，可以繪制出相似工況拋物線OB，交Q-H曲線于B點，又得到QBHBηB三參數，根據相似工況下水泵的流量與轉速比成正或揚程與轉速比的平方成正比得到在A’運行時，計算出水泵的轉速n，=(QA'/QB)n0，水泵在n轉速下運行，就可以得到滿足工況QA'、HA'運行時的效率ηA'。上海凱泉泵業集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。ηA'>ηA"。這就是改變轉速后，還能高效運行的原理。
　　Q-H曲線為額定轉速n0時的水泵特性曲線，Q'-H'曲線為轉速n時的水泵特性曲線，Q-∑h曲線為管路在凈揚程為h時的特性曲線，Q'-∑h'曲線為管路在凈揚程為h’時的特性曲線，A點是水泵運行的最佳工況點，A點對應著Q
　　A、H
　　A、ηA三參數，是選泵的主要參數;實際上水泵運行中常常出現的凈揚程小于h，為h'；在h'時的水泵工況點為B，水泵的運行效率由ηA降到ηB，此時增加了能耗。上海凱泉泵業集團有限公司是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。若把水泵的轉速由n0調節到n時，根據上述調速后水泵的特性變化公式，可以算出Q'-∑h'管路特性曲線上的任何一點的轉速，得到調速后的水泵特性曲線，Q'-H'；該曲線與Q'-∑h'曲線交點A'；即滿足管路工況要求，又使調速后的水泵運行在高效點ηA’上。ηA'=ηA>ηB。
　　從以上兩個原理圖可以看出，水泵調速之后，可以得到對應不同轉速下的新的最佳工況。不調速時，只有一個最佳工況點，調速后得到一條最佳工況線，不調速時有一條水泵運行最佳工況段，調速后得到一個牛角形的最佳工況面(一般調速范圍≯60%為宜)。這樣，水泵運行適應工況的范圍擴大了，水泵容易在最佳工況區運行，最大化減少能耗。
水泵廠家品牌分類及使用范圍

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