劉益萱

　　【摘要】 本文討論了水泵供水系統(tǒng)調(diào)速節(jié)能的原理，介紹了幾種調(diào)速節(jié)能方式，給出了水泵調(diào)速節(jié)能設(shè)備的轉(zhuǎn)速、范圍、臺(tái)數(shù)和效果的有關(guān)計(jì)算方法。
　　【關(guān)鍵詞】 水泵 調(diào)速 節(jié)能

1 前言

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，給水工程中能耗費(fèi)占供水成本的30～70％，水泵的能耗費(fèi)占總能耗費(fèi)的90％左右。實(shí)際運(yùn)行中，水泵的效率大多數(shù)不足60％，泵站的綜合效率不足50％，存在著較大的能源浪費(fèi)。
　　在能源供應(yīng)緊張的今天，工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用水泵供水節(jié)能技術(shù)，正確地進(jìn)行泵站設(shè)計(jì)，使水泵能經(jīng)常高效運(yùn)行，將具有重大經(jīng)濟(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(wǎng)；在長(zhǎng)距離輸水中將水加壓；在分壓供水系統(tǒng)中增加管網(wǎng)的壓力；在用水高峰季節(jié)調(diào)節(jié)管網(wǎng)供水量；在工業(yè)循環(huán)供水系統(tǒng)中提升冷卻水和補(bǔ)充新鮮水等。按照功能劃分，水泵在供水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中構(gòu)成取水泵站（一級(jí)泵站）、配水泵站（二級(jí)泵站）、加壓泵站、調(diào)節(jié)泵站、循環(huán)泵站等。可以說水泵站是供水系統(tǒng)中的樞紐，水泵是這樞紐中的心臟。對(duì)于水泵的選型、在系統(tǒng)中的運(yùn)行情況與節(jié)約能源、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。

2 選泵方法

　　水泵的選型是根據(jù)所需流量、揚(yáng)程及其變化規(guī)律，同時(shí)考慮水泵經(jīng)常供水時(shí)能高效運(yùn)行確定。
　　一級(jí)泵站、加壓泵站是按最高日平均時(shí)用水量設(shè)計(jì)，滿足最高日供水量與揚(yáng)程來確定泵型及臺(tái)數(shù)。二級(jí)泵站按供水區(qū)逐時(shí)用水量變化設(shè)計(jì)，滿足最高日最高時(shí)供水量與揚(yáng)程來確定泵型及臺(tái)數(shù)。
2.1 取水泵的選擇
　　在一級(jí)泵站選泵的揚(yáng)程中，對(duì)水源取用設(shè)計(jì)低水位。實(shí)際上水源出現(xiàn)低水位的機(jī)率小，大多數(shù)時(shí)間是高于這個(gè)低水位的，造成選泵揚(yáng)程高于大多數(shù)時(shí)間所需要的揚(yáng)程。在水位變幅大的水源中，這一因素的影響更大。對(duì)選泵所用的最高日水量來說，在一年之中最高日水量出現(xiàn)的天數(shù)往往只占百分之幾。大多數(shù)時(shí)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(guān)系變化。顯然，在大多數(shù)時(shí)間里，系統(tǒng)上所需揚(yáng)程和水量皆小于選泵時(shí)的揚(yáng)程和水量。
2.2 供水泵的選擇
　　二級(jí)泵站供水管網(wǎng)的用水量不是一個(gè)固定值。是逐年、逐月、逐日、逐時(shí)地變化著的。管網(wǎng)的水頭損失也是隨水量的變化成平方關(guān)系變化，管網(wǎng)所需的水壓也隨水量的變化而變化。選泵中的揚(yáng)程和水量采取以點(diǎn)兼面、以大兼小的取值方法，不僅增加了初期設(shè)備費(fèi)，也因?yàn)樗瞄L(zhǎng)時(shí)間的低效率運(yùn)行造成能量浪費(fèi)，在經(jīng)濟(jì)上是不允許的。
　　對(duì)于復(fù)雜的管路，當(dāng)不能準(zhǔn)確地求出管路特性曲線時(shí)，是無法選擇合適的泵型的。選泵參數(shù)不當(dāng)，泵不可能高效運(yùn)行。
2.3 水泵的配置
　　一般離心泵的效率為80％左右，選型時(shí)往往考慮設(shè)備在使用中挖潛，選泵參數(shù)留有裕量，造成投產(chǎn)初期水泵低效率運(yùn)行。即使初期使用小泵運(yùn)行，也存在效率低的問題。
　　對(duì)于揚(yáng)程、水量變化較大的工況，若使水泵在大多數(shù)時(shí)間高效運(yùn)行，實(shí)際是做不到的。
　　鑒于上述各種情況，選泵時(shí)，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(tái)性能不同的水泵組合運(yùn)行，但臺(tái)數(shù)多、型號(hào)多、管理麻煩。也可考慮多臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)運(yùn)行與單臺(tái)水泵獨(dú)立運(yùn)行相結(jié)合的方式，選泵時(shí)應(yīng)選擇在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)水泵的工況點(diǎn)接近最高效區(qū)的左邊界，水泵在單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，工況點(diǎn)向右移動(dòng)，仍可處在高效區(qū)運(yùn)行，這樣選擇的結(jié)果，可促使水泵在整個(gè)工況變化范圍內(nèi)的運(yùn)行效率都較高。這種方式，同樣也因臺(tái)數(shù)多，管理麻煩。因此，在水泵供水系統(tǒng)中，采用其他多種節(jié)能措施是非常必要的。

3 水泵適應(yīng)流量、揚(yáng)程變化的調(diào)節(jié)方式

　　按照最大工況選泵，與實(shí)際運(yùn)行工況相差較大，降低水泵效率。為此，運(yùn)行中根據(jù)工況中流量與揚(yáng)程的變化進(jìn)行水泵運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)，常用的調(diào)節(jié)方式有下列幾種。
3.1 流量調(diào)節(jié)
3.1.1 減少閥門的開啟度
　　這是生產(chǎn)中常采用的調(diào)流方式。當(dāng)水泵的工作揚(yáng)程高于管路所需要的水壓時(shí)，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(shí)水泵揚(yáng)程與管路所需壓力之差，改變管路的特性來符合相應(yīng)供水量時(shí)水泵的揚(yáng)程。該調(diào)節(jié)方法使大量的電能損失在減少閥門開啟度而產(chǎn)生的阻尼上，使工況在水泵的特性曲線上向左移動(dòng)，降低了系統(tǒng)運(yùn)行效率，多耗了電能。
3.1.2 多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行
　　如前所述，在用水量變化較大的供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)同型號(hào)或多臺(tái)不同型號(hào)的泵并聯(lián)工作，通過調(diào)節(jié)水泵的臺(tái)數(shù)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，以適應(yīng)管網(wǎng)對(duì)水量變化的要求。這種運(yùn)行方式，臺(tái)數(shù)不能太多，這不僅因臺(tái)數(shù)太多帶來管理麻煩，降低運(yùn)行效率，而且會(huì)增加水泵的開停次數(shù)，縮短設(shè)備的使用壽命，這種方式不能連續(xù)調(diào)節(jié)流量變化，也不能用來調(diào)節(jié)時(shí)變化。見圖1

3.2 水泵特性調(diào)節(jié)
3.2.1 調(diào)節(jié)水泵葉片的安裝角度
　　在安設(shè)軸流泵或混流泵時(shí)，可利用這種泵的葉片可調(diào)性，使其工作參數(shù)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(jīng)過計(jì)算確定。其調(diào)節(jié)方式有全調(diào)節(jié)和半調(diào)節(jié)兩種，全調(diào)節(jié)在水泵運(yùn)行中利用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。半調(diào)節(jié)是在水泵停止運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行葉片安裝角度的調(diào)節(jié)。
3.2.2 車削葉輪直徑或更換不同直徑的葉輪
　　改變?nèi)~輪直徑可改變水泵的性能。根據(jù)流量的變化，計(jì)算出水泵高效運(yùn)行時(shí)滿足工況要求的葉輪直徑，如果工況長(zhǎng)期穩(wěn)定，只車削一次即可。如果工況是隨著季節(jié)的變化而變化的，可配備不同直徑的葉輪，進(jìn)行更換。這種方式受葉輪直徑變化范圍的限制。用這種方式代替調(diào)節(jié)閥門開啟度的流量調(diào)節(jié)方式，可節(jié)省能耗，但只適用于變化不太大的工況。
3.2.3 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速
　　利用改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或改變電動(dòng)機(jī)和水泵的速比可改變水泵的特性，使之適應(yīng)供水系統(tǒng)工況變化幅度較大的情況。實(shí)踐證明，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法具有良好的節(jié)能效果，可簡(jiǎn)化和便于泵房設(shè)備的調(diào)度，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

4 水泵的調(diào)速特性及節(jié)能原理

　　上述各種調(diào)節(jié)方式中，用調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，是降低能耗的最好方式。原因是在改變水泵的轉(zhuǎn)速時(shí)且轉(zhuǎn)速變化在±20％范圍內(nèi)，保持泵體內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)相似的話，那么泵體內(nèi)的水流速度與轉(zhuǎn)速成正比，流量與轉(zhuǎn)速比成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比。軸功率與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，Q₀為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的流量，H₀為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程，N₀為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的軸功率，為調(diào)速后的轉(zhuǎn)速，Q為n轉(zhuǎn)速時(shí)的流量，H為n轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程，N為n轉(zhuǎn)速時(shí)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(yùn)行中任何一工況點(diǎn)的揚(yáng)程
　　Q是水泵運(yùn)行中任何一工況點(diǎn)的流量
　　當(dāng)在最佳工況點(diǎn)時(shí)，H₀／Q₀是特定條件為H₀、Q₀時(shí)的特定常數(shù)。指額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程與流量之比。
　　由式（4）可以看出，它是以座標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)的拋物線方程，在這條拋物線上的各點(diǎn)工況相似，可稱為相似工況拋物線，在轉(zhuǎn)速變化為±20％的范圍內(nèi)，泵的效率可基本不變，也叫高效率拋物線。其原理見圖2、圖3

　　圖2是凈揚(yáng)程不變的單泵調(diào)速節(jié)能原理圖。Q－H曲線為單泵額定轉(zhuǎn)速為n₀時(shí)的特性曲線，Q＇－H＇曲線為單泵轉(zhuǎn)速為n時(shí)的特性曲線，Q－Σh曲線為管路特性曲線，A點(diǎn)是水泵選泵的工況點(diǎn)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)著Q_A、H_A、η_A，是選泵的主要參數(shù)。由管路特性曲線Q－∑h決定水泵實(shí)際運(yùn)行中的工況點(diǎn)必定在水泵特性曲線的最佳工況點(diǎn)0左右移動(dòng)。若管網(wǎng)要求滿足A’點(diǎn)的工況，對(duì)應(yīng)的參數(shù)是Q_A＇、H_A＇、η_A＂，由圖2見到η_A＂≤η_A，效率降低了。根據(jù)式（4）及Q_A＇、H_A＇二參數(shù)，可以繪制出相似工況拋物線O_B，交Q－H曲線于B點(diǎn)，又得到Q_BH_Bη_B三參數(shù)，根據(jù)相似工況下水泵的流量與轉(zhuǎn)速比成正或揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比得到在A’運(yùn)行時(shí)，計(jì)算出水泵的轉(zhuǎn)速n，＝（Q_A＇／Q_B）n₀，水泵在n轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，就可以得到滿足工況Q_A＇、H_A＇運(yùn)行時(shí)的效率η_A＇。η_A＇＞η_A＂。這就是改變轉(zhuǎn)速后，還能高效運(yùn)行的原理。
　　圖3是凈揚(yáng)程變化單泵調(diào)速節(jié)能原理圖。
　　Q－H曲線為額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的水泵特性曲線，Q＇－H＇曲線為轉(zhuǎn)速n時(shí)的水泵特性曲線，Q－∑h曲線為管路在凈揚(yáng)程為h時(shí)的特性曲線，Q＇－∑h＇曲線為管路在凈揚(yáng)程為h’時(shí)的特性曲線，A點(diǎn)是水泵運(yùn)行的最佳工況點(diǎn)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)著Q_A、H_A、η_A三參數(shù)，是選泵的主要參數(shù)；實(shí)際上水泵運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的凈揚(yáng)程小于h，為h＇，在h＇時(shí)的水泵工況點(diǎn)為B，水泵的運(yùn)行效率由η_A降到η_B，此時(shí)增加了能耗。若把水泵的轉(zhuǎn)速由n₀調(diào)節(jié)到n時(shí)，根據(jù)上述調(diào)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(diǎn)的轉(zhuǎn)速，得到調(diào)速后的水泵特性曲線，Q＇－H＇，該曲線與Q＇－∑h＇曲線交點(diǎn)A＇，即滿足管路工況要求，又使調(diào)速后的水泵運(yùn)行在高效點(diǎn)η_A’上。η_A＇＝η_A＞η_B。
　　從以上兩個(gè)原理圖可以看出，水泵調(diào)速之后，可以得到對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)速下的新的最佳工況。不調(diào)速時(shí)，只有一個(gè)最佳工況點(diǎn)，調(diào)速后得到一條最佳工況線，不調(diào)速時(shí)有一條水泵運(yùn)行最佳工況段，調(diào)速后得到一個(gè)牛角形的最佳工況面（一般調(diào)速范圍≯60％為宜）。這樣，水泵運(yùn)行適應(yīng)工況的范圍擴(kuò)大了，水泵容易在最佳工況區(qū)運(yùn)行，減少能耗。

5 常用的調(diào)速設(shè)備

　　目前我國在水泵調(diào)速中常用的調(diào)速設(shè)備有兩種，一種是在電動(dòng)機(jī)和水泵之間加變速裝置，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，主要有調(diào)速型液力偶合器和電磁轉(zhuǎn)差離合器兩種，另一種是改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，主要有串級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速。
5.1 調(diào)速型液力偶合器
　　見偶合器原理簡(jiǎn)圖（圖4）。

　　液力偶合器由帶有徑向葉片的泵輪、渦輪、泵外殼及控制流道充油度的導(dǎo)管組成。該設(shè)備利用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使流入泵輪內(nèi)的液體機(jī)油產(chǎn)生的動(dòng)能并通過泵輪和渦輪之間油的傳遞獲得功率的傳遞。泵輪將輸入的機(jī)械能變?yōu)橛偷膭?dòng)能和勢(shì)能，渦輪接受油的動(dòng)能和勢(shì)能再變成輸出的機(jī)械能，在兩輪間的油形成一環(huán)流，通過導(dǎo)管改變偶合器充油的環(huán)流量，就此改變了能量傳遞的大小，從而實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定的情況下，以無級(jí)變化調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。
　　這種調(diào)速設(shè)備在我國已被廣泛采用，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、空載啟動(dòng)、安全可靠、可長(zhǎng)期連續(xù)工作，維修量少，能過載保護(hù)，節(jié)電效果明顯。缺點(diǎn)是傳動(dòng)中有功率損失，設(shè)備本身有3％的能耗。
5.2 電磁轉(zhuǎn)差離合器
　　見電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速原理圖（圖5）。

　　該設(shè)備是60年代國外最常用的調(diào)速設(shè)備，我國也有多種異步電動(dòng)機(jī)—電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速裝置。該電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞和磁極兩部分組成，電樞與電動(dòng)機(jī)同軸連接，磁極在電樞內(nèi)由鐵心和繞組組成，繞組由可控硅整流電源勵(lì)磁，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞切割磁力線而感應(yīng)出渦流來，渦流與磁極的磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力，此電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩使磁極跟著電樞旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)。只要改變勵(lì)磁電流的大小，就可以改變磁極轉(zhuǎn)速，也就是改變水泵的轉(zhuǎn)速。該調(diào)速設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，調(diào)速精確，不足之處是低速運(yùn)行時(shí)損耗大，效率低，一般多用于小型設(shè)備。
5.3 串級(jí)調(diào)速裝置
　　這是一種用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置，較理想的串級(jí)調(diào)速是通過在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中引入附加電勢(shì)來調(diào)速，當(dāng)改變附加電勢(shì)的大小，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前比較廣泛采用的是可控硅串級(jí)調(diào)速，這種調(diào)速方式節(jié)電效果明顯，不足之處是調(diào)速過程中，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)降低，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。
5.4 變頻調(diào)速裝置
　　異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，與電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)p成反比，見下式：
　　n＝（60f／P） （1－S）
　　式中S為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，S＝n₁－n／n₁
　　從公式中不難看出：均勻改變電動(dòng)機(jī)定子繞阻的電源頻率f，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少，這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。為了保持調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持電動(dòng)機(jī)的磁通恒定，為此，要求定子繞組電壓也要作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速器兼有調(diào)頻、調(diào)壓兩種功能，變頻調(diào)速器就是基于這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。
　　變頻調(diào)速器具有轉(zhuǎn)差損失小，實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)調(diào)速，精度高，啟動(dòng)電流小，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，容易安裝，操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。

6 水泵站采用調(diào)速設(shè)備的有關(guān)計(jì)算

　　上述各種調(diào)速設(shè)備在水廠中都有選用，選用類型是根據(jù)管理水平、管理習(xí)慣、使用條件等因素確定。選用后有的水廠并沒有得到節(jié)電效果，得不償失。鑒于設(shè)備本身價(jià)格昂貴，選用它除了要做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之外，還需詳細(xì)計(jì)算選擇調(diào)速設(shè)備的必要性，所選調(diào)速設(shè)備的調(diào)速范圍、選擇調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)，運(yùn)行中適應(yīng)工況變化的最佳轉(zhuǎn)速等。
6.1 泵站綜合效率計(jì)算
　　調(diào)速設(shè)備選型之后，為判斷供水系統(tǒng)是否應(yīng)該采用調(diào)速設(shè)備，以及采用調(diào)速設(shè)備后是否提高效率，應(yīng)對(duì)泵站進(jìn)行綜合效率計(jì)算。綜合效率η綜合見下式：
　　η_綜合＝η_泵·η_傳·η_管·η_電·η_池 （6）
　?。ㄔO(shè)η_池＝1，忽略水池進(jìn)出的水頭損失之差）
　　 式中 η_泵為水泵工作點(diǎn)效率
　　　　　η_傳為由傳動(dòng)方式?jīng)Q定的傳動(dòng)效率。查機(jī)械手冊(cè)得到
　　　　　η_管是管路輸出功率與輸入功率之比，經(jīng)推導(dǎo)得簡(jiǎn)化公式η_管＝H_凈／H_全
　　　　　η_電為電動(dòng)機(jī)的效率，根據(jù)水泵的軸功率N軸及傳動(dòng)效率算出電動(dòng)機(jī)的有效功率
　　　　　N_效，再根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸入功率，N入計(jì)算出電動(dòng)機(jī)效率見下式：
　　　　　　　N_效＝N軸／η_傳
　　　　　　　η_電＝N效／N入
　　　　　　　η_傳＝1（水泵和電動(dòng)機(jī)是直接傳動(dòng)時(shí)）。
　　按η_綜合＝η_泵·η_傳·η_管·η_電計(jì)算出泵站的綜合效率。低于55％，應(yīng)對(duì)泵站內(nèi)各環(huán)節(jié)的效率進(jìn)行分析，設(shè)法提高該泵站各個(gè)環(huán)節(jié)的效率。采用水泵調(diào)速是提高水泵站效率的辦法之一。選定調(diào)速型式之后，應(yīng)再計(jì)算調(diào)速后的綜合效率是否提高。
6.2 調(diào)速泵的最佳轉(zhuǎn)速計(jì)算
　　在采用調(diào)速設(shè)備的供水系統(tǒng)中，調(diào)速設(shè)備的最佳轉(zhuǎn)速就是滿足管路工況要求時(shí)，水泵運(yùn)行的最佳工況。這工況只有一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)是管路特性曲線與水泵最高效率拋物線的交點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速的變化范圍為40％以內(nèi)滿足管路特性曲線上任一工況，都能找到相應(yīng)的較佳轉(zhuǎn)速。水泵的相似工況拋物線方程為：
　　H_調(diào)＝KQ_調(diào)²　　　　　(7)
　　管路特性曲線方程為：
　　H_調(diào)＝H_凈＋SQ_調(diào)²　　　(8)
　　解式(7)、式(8)的聯(lián)力方程得
　　Q_調(diào)＝(H_凈／K－S)^1/2 　　(9)
　　H_調(diào)＝(H_凈/H0-SQ₀²)^1/2·Q₀　　　(11)
　　H_調(diào)＝(H_凈/H0-SQ₀²)^1/2·H₀　　　(12)
　　將(11)代入Q_調(diào)／Q0＝n調(diào)·n0/Q0＝n0/(H₀-SQ₀²)^1/2·(H_凈)^1/2　　　(13)
　　當(dāng)水泵選型之后，額定工況下的參數(shù)Q0、H0、N0都是常數(shù)，管路確定之后，管路的比阻S也是常數(shù)，即n₀/(H₀-SQ₀²)^1/2=C，顯然，C對(duì)于確定泵型及管路的泵房來說是個(gè)常數(shù)，故
　　n_調(diào)＝C·（H_凈）^1/2 　　　　?。?4）
　　n_調(diào)就是水泵在高效運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)任何一個(gè)凈揚(yáng)程時(shí)的轉(zhuǎn)速，是水泵運(yùn)行最佳狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為最佳轉(zhuǎn)速，只有無級(jí)調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)。
　　多臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，C值按水泵并聯(lián)后的額定工況點(diǎn)參數(shù)計(jì)算。
　　如果凈揚(yáng)程是變化的，那么最佳轉(zhuǎn)速也是變化的，運(yùn)行中可根據(jù)凈揚(yáng)程的變化，調(diào)至最佳轉(zhuǎn)速，使其高效運(yùn)行。
6.3 水泵的調(diào)速范圍
6.3.1 以水泵最佳效率為限，確定調(diào)速范圍
　　針對(duì)不同的泵型應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算，一般認(rèn)為調(diào)速比K_n應(yīng)滿足下式時(shí)是高效運(yùn)行的。
　?。℉／H_左）^1/2＜K_n＞（H／H_右）^1/2
　　式中　H_右——在水泵額定轉(zhuǎn)速下，在Q－H特性曲線高效區(qū)的右側(cè)全揚(yáng)程；
　　　　　H_左——在水泵額定轉(zhuǎn)速下，在Q－H特性曲線高效區(qū)的左側(cè)全揚(yáng)程；
　　　　　H——水泵運(yùn)行的全揚(yáng)程。
　　可以看出K_n是水泵的最佳調(diào)速比。
6.3.2 調(diào)速泵與定速泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)最小調(diào)速比（最大調(diào)速范圍）
　　當(dāng)兩臺(tái)揚(yáng)程相差過大的水泵并聯(lián)時(shí)，揚(yáng)程低的水泵將不出水，不能并聯(lián)工作。同樣道理，當(dāng)定速泵與調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，調(diào)速泵的調(diào)速比過小，也就是調(diào)速范圍過大，調(diào)速泵也將不能出水。調(diào)速泵的最小調(diào)速比Kn按下式計(jì)算。
　　K_n≮（H／H₀）^1/2式中 H₀——調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速下Q＝0時(shí)的揚(yáng)程；
　　　　 H——兩臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的全揚(yáng)程。
　　可以看出，當(dāng)定速泵與調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，調(diào)速泵的調(diào)速范圍受到限制。
6.3.3 以水泵的運(yùn)行工況來確定的調(diào)速范圍
　　K_n＝（H_min／H_max ）^1/2
　　式中 K_n——調(diào)速比；
　　　　 H_max——對(duì)取水泵指水源最低水位時(shí)，最大取水量的全揚(yáng)程；對(duì)配水泵及加壓泵來說，是最大水量時(shí)的全揚(yáng)程。
　　　　 H_min——對(duì)取水泵來說是水源高水位時(shí)，最小取水量時(shí)的全揚(yáng)程；對(duì)配水泵及加壓泵是指最小流量時(shí)的全揚(yáng)程。
　　當(dāng)兩臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，先算出這個(gè)調(diào)速比，再算最小調(diào)速比。如前者大于后者，可以考慮只用一臺(tái)調(diào)速泵，反之，必須調(diào)兩臺(tái)。
6.4 調(diào)速泵臺(tái)數(shù)的計(jì)算
　　前已述及，在供水量大的泵站，常采用多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行。如滿足工況要求，既節(jié)省投資又能高效運(yùn)行的辦法是采用定速泵與調(diào)速泵配合運(yùn)行。在工況用水壓變化不大的情況，調(diào)一臺(tái)可以滿足使用要求的話，以調(diào)速泵的調(diào)速運(yùn)行為基礎(chǔ)，按流量增減量開停定速泵。這樣不但可以保證運(yùn)行中對(duì)用水量變化的適應(yīng)，還可提高水泵運(yùn)行的效率。當(dāng)工況變化大，超出并聯(lián)運(yùn)行時(shí)一臺(tái)調(diào)速泵的調(diào)速范圍時(shí)，調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)當(dāng)增加。究竟怎樣來確定調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)呢？
　　當(dāng)相同型號(hào)的水泵并聯(lián)運(yùn)行，設(shè)定管路需要的最小供水量為Q，對(duì)應(yīng)的用水壓力為H_min，水泵的特性曲線應(yīng)由額定轉(zhuǎn)速n調(diào)至n_min時(shí)才能滿足工況最小供水量Q及對(duì)應(yīng)的水壓力H_min。根據(jù)水泵的調(diào)速特性Q₀／Q＝n₀／n_min；H₀／H_min＝（n₀／n_min）²二式，可以導(dǎo)出H_min＝K·Q²及Q＝（H_min／K）^1/2，式中Q₀及H₀為額定工況時(shí)單泵或多泵并聯(lián)時(shí)水泵的參數(shù)。
　　n_min為水泵揚(yáng)程調(diào)至H_min，流量調(diào)至Q時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速。
　　式中K＝H₀/Q₀²，是額定工況下，泵的揚(yáng)程與流量平方之比。
　　設(shè)Q_min為調(diào)速比為K_n時(shí)單臺(tái)泵的流量，K_n≥（H_min／H_左）^1/2是并聯(lián)運(yùn)行的最小調(diào)速比。H左為多泵并聯(lián)時(shí)額定工況的揚(yáng)程，取用水泵額定工況時(shí)高效區(qū)的左邊數(shù)值為好。由式Q＝（H_min／K）^1/2可知，需要調(diào)速的水泵臺(tái)數(shù)至少應(yīng)為：
　　t＝（H_min／K）^1/2／Q_min
　　式中　K為同型號(hào)水泵并聯(lián)時(shí)額定工況下H₀/Q₀²值。
　　當(dāng)并聯(lián)水泵型號(hào)不同時(shí)，則調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)滿足下式：
　?。℉_min／K₁）^1/2＋（H_min／K₂）^1/2＋（H_min／K₃）^1/2＋……＋（H_min／K_i）^1/2≥Q
　　式中K₁K₂K₃…K_i分別為不同型號(hào)水泵額定工況時(shí)的H₀／Q₀²值，是個(gè)常數(shù)。
　　上式t為調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)，如果在并聯(lián)水泵中選擇一臺(tái)大泵進(jìn)行調(diào)速，可減少調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)。效率比一般水泵高。
　　當(dāng)工況用水量及水壓需要增加時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速，使之增加，然后按用水量增加定速泵并全速運(yùn)行。這樣在最高用水量時(shí)，調(diào)速泵與定速泵都將在高效運(yùn)行。
6.5 調(diào)速節(jié)能效果計(jì)算
6.5.1 單臺(tái)泵調(diào)速節(jié)能計(jì)算（見圖6單泵調(diào)速節(jié)能計(jì)算草圖）
　　Q－H 為單臺(tái)泵特性曲線，Q－∑h為管路特性曲線，O’為水泵最佳工況點(diǎn)，A為選泵工況點(diǎn)，計(jì)算水泵轉(zhuǎn)速由n_調(diào)至n_B后的節(jié)能效果，也就是求出管路特性曲線中B點(diǎn)的調(diào)速后節(jié)電效果。
　　先求出管路特性曲線中B點(diǎn)的特性參數(shù)
　　根據(jù)B點(diǎn)的流量Q_B、揚(yáng)程H_B，按相似原理做通過原點(diǎn)0的相似工況拋物線，交轉(zhuǎn)速為n時(shí)的Q－H曲線于C點(diǎn)，過C點(diǎn)做垂線得Q_c、η_c，根據(jù)相似工況下水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，得到B點(diǎn)處的轉(zhuǎn)速n_B＝（Q_B／Q_c）n

　　轉(zhuǎn)速為n_B時(shí)水泵的軸功率為N_B
　　N_B＝Q_B·H_B·r／102η_c（KW）
　　式中 r——水的容重（kg／m³）
　　　　 Q_B——B點(diǎn)流量（m³／s）
　　　　 H_B——B點(diǎn)揚(yáng)程（m）
　　　　 η_c——對(duì)應(yīng)于C點(diǎn)水泵的效率
　　如果不采用調(diào)速設(shè)備，當(dāng)管路要求滿足B點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常以減小水泵出水閥門的開啟度進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)，水泵的工作點(diǎn)為D，改變了管路特性，管路特性曲線如虛線所示，其參數(shù)為Q_B、H_D、η_B，泵在D點(diǎn)運(yùn)行的軸功率N_D。
　　　　N_D＝Q_B·H_D·r／102；η_B（KW）（η_B＜η_c；H_D＞H_B）
　　N_D－N_B值即為調(diào)速后節(jié)約的功率。
　　根據(jù)用水量的日變化，可以算出一天節(jié)約的能耗。根據(jù)12個(gè)月的用水量變化曲線可以算出一年的節(jié)約能耗。
6.5.2 定速泵與調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行的節(jié)能計(jì)算
　　多臺(tái)定速泵與多臺(tái)調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行的節(jié)能計(jì)算要復(fù)雜的多，可仿上述方法分析得出。

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