調(diào)速供水系統(tǒng)水泵容量配備探討

1、調(diào)速供水系統(tǒng)水泵容量配備探討摘要：本文利用水泵運行曲線，對現(xiàn)階段的調(diào)速供水系統(tǒng)水泵容量配備進行理論分析。水泵的容量配備，特別是調(diào)/定速水泵容量配比不恰當，直接影響到調(diào)速供水運行的穩(wěn)定性及運行效率。關(guān)鍵詞：容量配比 容量配備 揚程 出水壓力 穩(wěn)定性調(diào)速供水系統(tǒng)應(yīng)用在我國，現(xiàn)已有二年的歷史。筆者經(jīng)多年實踐，發(fā)現(xiàn)恰好是水泵的容量配備問題，直接影響到調(diào)速供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性及運行效率。以下，筆者就調(diào)速供水系統(tǒng)中調(diào)/定速水泵的容量配備問題進行探討。 1 調(diào)速水泵的運行效率分析 一些文章曾作論述，認為調(diào)速水泵在調(diào)節(jié)運行過程中，可以一直保持運行效率不變，筆者認為這種觀點不正確，以圖1.1作定性分析。1.1 引用

2、公式及適用條件水泵的揚程H計算公式如下:H=PR-PV (V22-V12)/2g z?式（1.1)H?水泵的揚程，米。PR?水泵出口壓力表讀數(shù)，米。PV?水泵進口壓力（真空）表讀數(shù)。V2、V1?水泵出口、入口處的流速，米/秒。z?出口、入口表計的安裝高差，米。g?重力加速度，米/秒2。一般工程計算中揚程簡化計算公式如式（1.2)。H=PR-PV?式（1.2)式（1.2)給出了水泵的揚程與出水壓力間的相互關(guān)系。水泵的工作曲線均表示為流量Q?揚程H曲線，而縱觀調(diào)速水泵的控制方式，則以水泵出水壓力PR作為控制參數(shù)，因而，筆者利用水泵的流量Q?出水壓力PR曲線作輔助分析，為有所區(qū)別，將曲線有曲線上的點

3、分別稱為工況曲線及工況點。1.2 調(diào)速水泵的運行效率按式(1.2),影響水泵出水壓力PR的因素主要有兩個,一是水量變化引起揚程變化;再有就是進水端壓力PV變化,如果此時水量保持不變,出水壓力PR曲線作輔助分析,為有所區(qū)別,將曲線及曲線上的點分別稱為工況曲線及工況點。1.2.1 供水量變化時調(diào)速水泵的運行效率變化供水量變化時,引起水泵的揚程H變化,假設(shè)進水端壓力PV=O,則PR=H,利用水泵的流量Q?出水壓力PR曲線（工況曲線）進行分析，如圖1.1。恒壓供水系統(tǒng)水泵的速度調(diào)節(jié)方式，在調(diào)速水泵全速運行時，工況曲線是SH，供水壓力為PS，工況點為A，當供水量下降時，調(diào)速裝置進行調(diào)整降低水泵的運行速度

4、，這時水泵的工況曲線為SL，工況點為B，壓力保持不變。A、B點壓力相同（相當于揚程相同），顯然它們非等效率點，按水泵比例律，B點在曲線SH上的等效點C，有如下關(guān)系成立：QB/QC=n1?式（1.1)PB/PC=n21?式（1.2)QAQD?AD點對應(yīng)水量，m3。PC、PD?C、D點對應(yīng)壓力，米。n?調(diào)速率。PS?供水保證壓力，米。據(jù)式（1.1)、(1.2)推斷，點C對應(yīng)流量（QC）和壓力（PC），大于點B的流量（QS）和壓力（PB），位于點A與點B之間的位置，如圖1.1所示。如果沒有調(diào)速裝置，在供水量下降時，水泵的工作點如圖1.1所示的D點。各點所對應(yīng)的效率點如圖1.1中的效率曲線所示。曲線B

5、、L為對應(yīng)于曲線SB和SL的水泵效率曲線。依圖1.1類推，當供水量減少，水泵效率點向左移動；相對沒有調(diào)速裝置的工況點來說，調(diào)速后工況點座落在靠右的位置，這樣，供水量減少水泵效率下降，有調(diào)速裝置的水泵運行效率相對高于沒有調(diào)速裝置的水泵。1.2.2 水泵進水端壓力變化對效率的影響在進水端壓力升高時,出水壓力保持恒定,水泵揚程即下降,此時不考慮水量Q的變化,水泵工作曲線如圖1.2所示,SH、SL分別為產(chǎn)生變化前、后的水泵工作曲線，A、B為工作點，如圖1.1中的分析，點B的等效率點為C，它們的對應(yīng)的效率如曲線B、L所示。定性分析結(jié)果如下：隨著進水端壓力的升高，水泵速度降低，在一定的供水量條件下水泵的效

6、率點逐漸向效率曲線的右端移動。綜合供水量及進水端壓力兩個影響因素，供水量減少使水泵工況點向左移動，進水壓力升高使水泵工作點向右移動，相對沒有調(diào)速裝置的工況點來說，調(diào)速后工況點座落在效率曲線靠右的位置，這樣，有調(diào)速裝置的水泵，運行效率相對高于沒有調(diào)速裝置的水泵。2 現(xiàn)階段調(diào)速水泵與定速水泵的容量配比及出現(xiàn)的問題 因為調(diào)速裝置價格高、維修難度大，現(xiàn)階段多數(shù)供水系統(tǒng)配備均為一調(diào)（速水泵）多定（速水泵），現(xiàn)階段幾乎所有的設(shè)計方案中，調(diào)速泵與定速泵容量相差不大（有些容量配比甚至是1.1），按我公司的使用經(jīng)驗，這樣的容量配比是不恰當?shù)?，主要缺點在以下兩方面：第一，造成供水系統(tǒng)運行不穩(wěn)定；第二，調(diào)速泵運行效

7、率很低。以調(diào)/定速水泵容量為1.1為例進行分析。2.1調(diào)、定速泵容量為1.1時系統(tǒng)運行穩(wěn)定性分析供水系統(tǒng)水泵工作方式如圖（2.1）所示，以調(diào)速水泵作為主泵，當它的供水量達額定水量的100%時，工作曲線為SA，工作點為A，水泵的運行速度已經(jīng)達最大值，不能再提高了，如果供水量進一步擴大，供水壓力將下降，到一定程度（如工作點為B，Q為為5%10%），定速水泵投入運行，如果調(diào)速泵與定速泵的容量配比為1：1，則定速泵投入運行后，供水量固定為100%（工作點為A），迫使調(diào)速泵的工作曲線變?yōu)镾B，供水量僅為Q（5%10%），工作點為C。由于定速泵容量設(shè)置過大，調(diào)速泵水量下調(diào)幅度而變得很小（僅為Q，約（5%1

8、0%），若此時供水量稍有減少（實際上供水量是時刻發(fā)生變化的，這樣的情況經(jīng)常出現(xiàn)），系統(tǒng)即執(zhí)行定速泵停機操作，使定速泵出現(xiàn)頻繁操作現(xiàn)象。這就是為什么現(xiàn)階段的調(diào)速供水系統(tǒng)易出現(xiàn)水泵操作頻繁現(xiàn)象的主要原因，為此我們曾對水泵容量配比為非作歹：1的加壓泵站進行觀察，發(fā)現(xiàn)在供水量處于投/切水泵的臨界狀態(tài)時，水泵投/切操作頻繁。由此可見，調(diào)、定速比為1：1供水系統(tǒng)，因定速泵容量過大，造成系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，而且，定速泵投入運行后調(diào)速泵運行于低效區(qū)，運行效率很低，起不到節(jié)能效果。2.2 容量配比為1.1系統(tǒng)運行效率按以上1.2中對調(diào)速水泵運行效率的分析結(jié)果，調(diào)速水泵的運行效率隨著水泵供水量的降低而逐漸降低。經(jīng)筆

9、者分析了在用調(diào)速水泵的運行數(shù)據(jù)，一般情況下當調(diào)速水泵出水量在40%（定速水泵由于沒有調(diào)速裝置，此數(shù)據(jù)為50%）以下時，運行在低效區(qū)。綜合2.1中的分析，定速水泵投入運行時，調(diào)速泵的供水量僅510%，不用置疑，此時調(diào)速泵運行在低效區(qū)，運行效率很低，起不到應(yīng)有的節(jié)能效果。 3 合理的調(diào)/定速泵容量配備 3.1 合理的調(diào)/定速泵容量配比從提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性及調(diào)速泵運行效率兩方面考慮，用以下方法確定調(diào)、定速泵容量配比。按圖2.1，調(diào)速泵的可調(diào)節(jié)水量理論上可在0100%的范圍內(nèi)，但按2.2中對調(diào)速泵運行效率的分析，出水量小于40%，水泵運行效率很低，綜合水泵運行效率考慮，調(diào)速泵實際可調(diào)節(jié)水量QD在60

10、%左右。如果選擇的定速泵參數(shù)是：額定供水壓力為PS，供水量QC為QD的一半，即QC=QD/2?（3.1)定速水泵的容量按式（3.1)確定，供水系統(tǒng)工作原理如圖（3.1)所示：調(diào)速泵的工作點為B時，定速水泵投入運行，定速水泵工作的曲線為SC，工作點為D，由于QC僅為30%，調(diào)速泵運行曲線SB，供水量7080%，運行在高效區(qū)。當調(diào)速泵的出水量少于40%時（運行曲線SL）設(shè)置調(diào)速泵運行在最低速度，若供水量再減少，工作點由E到F，壓力上升，定速泵停機。調(diào)速泵的運行效率提高，而且下調(diào)幅度達30%，定速泵不會出現(xiàn)頻繁操作現(xiàn)象。綜上所述，合理的調(diào)/定速容量配比為1：0.3，這樣的容量配比促使水泵運行在高效區(qū)

11、，而且，由于定速泵投入后調(diào)速水泵有充分的余地進行調(diào)節(jié)，上調(diào)及下調(diào)幅度均為其額定容量的30%左右，供水系統(tǒng)不易出現(xiàn)水泵操作頻繁現(xiàn)象。3.2 調(diào)速供水系統(tǒng)水泵容量配備調(diào)速供水系統(tǒng)合理的水泵容量配備如下表3.1所示：表3.1 水泵的合理容量配備名稱 調(diào)速泵 1#定速泵 2#定速泵 3#定速泵 4#定速泵容量 100 30 60 120 210 按表2.1所示的容量配備，供水系統(tǒng)的工作過程如下：以調(diào)速泵為主泵，供水壓力下降到一定程度時1#定速泵啟動；如果供水量再次提高時停1#開2#；其后是1#與2#同時開（可補充水量是90%）；開3#、1# 3#、2# 3#、4#、1# 4#、2# 4#，依次可補充水

12、量值分別為120%、150%、180%、210%、240%、270%。表2.1中水泵的開泵臺數(shù)保持在3臺，配備的原則是盡量減少開泵臺數(shù)，以提高系統(tǒng)的運行效率，并保證供水系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。水泵啟動（或停止）過程中的一個重要原則是：當供水量不足（或過大）時，每次投入（或撤出）的定速水泵的容量為調(diào)速泵的30%左右。3.3 調(diào)速水泵容量確定由以上分析可知，調(diào)速泵實際供水量與額定供水量越接近，調(diào)速泵運行效率越高，這就要求所選擇的調(diào)速泵容量不能過大，以免調(diào)速泵單獨運行時因供水量太少而運行在低效區(qū)，但按3.2中的描述，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)依賴于調(diào)速泵的容量，在定速泵投入運行后上調(diào)、下調(diào)幅度均為調(diào)速泵供水量的30%，如果供水量在單位時間內(nèi)的變化率大于此數(shù)值，仍不能保證降低供水系統(tǒng)水泵投切的頻繁程度，這又要求調(diào)速泵容量要足夠大。所以，調(diào)速泵的容量應(yīng)從以上兩方面作綜合考慮，以確定合適的調(diào)速水泵容量。 4 結(jié)束語 現(xiàn)階段調(diào)速供水系統(tǒng)運行不穩(wěn)定甚至運行效率低是普遍存在的問題，以后進行供水泵房設(shè)計時，設(shè)計部門應(yīng)考慮與此相關(guān)的問題。通過以上的理論分析及對水泵容量配備的探討，總結(jié)如下：第一，影響調(diào)速供水系統(tǒng)穩(wěn)定運行，造成水泵頻繁啟、停的主要因素在于現(xiàn)階段定速水泵與調(diào)速水泵的容量配比不合理，定速泵容量過大，應(yīng)依照調(diào)/定速水泵容量配比為1：0.3容量進行選擇。第二，配備的定速水泵容量過大，不僅影響調(diào)速供水系統(tǒng)運行的