水泵節能技術在水廠中的應用

摘 要：隨著我國城市規模的不斷擴大及對供水需求量的增加，對已有的水泵進行改造，降低水泵能耗，提高水泵的運行效率，已經成為國內各水廠所共同關注的問題。本文結合實際工作經驗，對水廠中的水泵節能技術進行了探討，希望可為同行提供參考借鑒。

關鍵詞：水泵 節能技術 水廠

1、水泵節能技術應用的重要性

在水廠的實際運行中，水泵在最不利工況點運行的時間相對較少，絕大部分時間是在平均流量和平均揚程工況附近運行，甚至長期在低揚程大流量工況運行，這樣水泵有可能長時間偏離高效區間運行。而當前進行水廠送水泵選型時，首先考慮水泵應滿足最不利工況點的要求，即以供水管網的最高日最高時用水量和壓力來計算水泵的設計流量和設計揚程。根據此法選型的水泵滿足了最不利工況點的要求，卻忽略了對能耗的考慮。在實際生產中，為確保水泵的安全運行，也為使水泵運行于高效區間內，有的只能通過控制出水閥門來改變管道特性曲線，從而改變水泵的運行工況點，雖然水泵安全運行于高效區間內，卻致使大量的能量消耗在閥門上，造成電能很大的浪費。水泵是水廠供水系統中的一個重要設備，也是系統最大的一個耗能點，為節約能耗，有必要對送水泵實施節能改造，水泵節能技術改造主要是通過改變水泵的運行工況點，使水泵始終運行于高效區間內，且運行工況與管網實際所需一致。

2、水廠水泵節能技術

2.1 水泵變頻調速技術

水泵的參數包括壓力、流量、功率等，其中對水泵流量進行控制和調節，是降低水泵能耗的一個重要措施。近年來變頻調速技術被廣泛應用在水泵等流體機械上，對水泵的流量和轉速進行的變速調節，在保證供水量的情況下，水泵轉速越快，輸出流量越大，反之則減少，即通過改變水泵的轉速，來改變水泵的運行曲線，使水泵的出水壓力與管網實際所需一致，從而達到節能的目的，這種方法可有效降低系統不必要的耗損。在供水系統中變頻調速采用兩種供水方法：一是變頻恒壓變流技術，二是變頻變壓變流技術。前者應用廣泛，后者技術結構更為合理，控制難度相對較大。恒壓供水方式就是針對離心泵“流量大時揚程低，流量小時揚程高”的特性，通過恒壓變量變頻調速技術保持供水泵房總出水管壓力不變，以達到改變水泵出水量的方式。變壓供水方式控制原理和恒壓供水相同，只是壓力設置不同。它使水泵揚程不確定，而是沿管路特性曲線移動，當流量變化時，轉速隨時調工況點。變壓供水理論上避免流量減少時揚程的浪費，顯然優于恒壓供水。但變壓供水本質上也是一種恒壓，不過將水泵出口壓力恒定變成了控制點壓力恒定。水泵變頻恒壓變量供水較傳統供水方式節能20%，水泵變頻變壓變量供水較傳統供水方式節能35%。根據不同的供水特點和不同的使用場所，可選擇不同方式以發揮各自的優勢，恒壓變量方式供水壓力基本恒定，在水量波動幅度小、用水壓力基本不變的工業企業生產供水系統較適用。水泵變壓變量方式適用于日水量變化大、管網復雜的城鎮生活供水系統，目前該方法在國內一些水廠得以應用，且取得了很好的經濟效益，但變頻調速設備造價較高，且調速設備的維修技術要求高。

2.2 水泵過流部件涂敷技術

目前在國內外已開發出的多種表面涂敷技術，應用于不同的流體領域，這些新材料各有特點，通過調研，以下為常用的幾種適用于供水行業的涂敷材料和其表面粗糙度，改性聚乙烯0.54μm、1341超光滑金屬涂層0.078μm、玻璃鋼表面2.15μm和碳鋼表面16.07μm。表面粗糙度較好的1341金屬涂敷技術可用于飲用水的涂層系統，經檢驗達到美國國家衛生組織（ANS/NSF61）標準，并符合英國供水規定第25款中的飲用水標準。由于該材料具有的特殊性能，若在供水泵上使用，一方面可有效降低液體對葉輪外緣的摩擦，以及泵殼間液體做渦流運動產生的輪阻損失，即有效降低水泵的機械損失；另一方面可有效提高泵體內壁及葉輪過流部分的表面粗糙度，從而有效降低液體流經泵體內各部位的沿程摩擦損失，并減少流道表面渦流的產生，降低沖擊損失，達到降低水泵水力損失的效果。兩方面綜合作用的結果是可提高水泵產量，降低運行電流，降低耗用功率，達到節能降耗的目的。

2.3 水泵葉輪切割技術

葉輪切削是改變水泵性能的一種簡單易行的方法，在水廠的改造中已得到了廣泛的應用。改技術的原理是經過切削的葉輪其特性曲線會按一定規律發生變化，根據切削后的運行參數，計算切削量，改變葉輪的外徑，使水泵特性曲線按要求發生變化，從而使水泵運行于與管網實際所需一致的高效區間內，達到節能的目的。葉輪切割就是把葉輪的外徑切削得稍小一些。經過切削后的葉輪，其特性曲線就按一定的規律發生變化。切割葉輪是改變水泵性能的簡便易行的方法。實踐證明，在一定條件下，離心泵的性能參數流量Q、揚程H、軸功率N與葉輪外徑存在下列比例定律：Q2/Q1=D2/D1；H2/H1=（D2/D1）2；N2/N1=（D2/D1）3，其中，Q2、H2、N2為葉輪外徑切削后的流量、揚程、軸功率，Q1、H1、N1為葉輪外徑切削前的流量、揚程、軸功率。當葉輪的切削量控制在一定范圍內時，水泵在葉輪切削前后的效率可視為不變，水泵的葉輪切削量與水泵的比轉速的關系通過查閱相關標準規范獲得。

2.4 新材料及新產品在水廠水泵中的應用

水泵耗能的控制，也可以考慮采用一些新材料和新技術，如：對水泵的殼內腔和葉輪表面進行噴砂修補后，再對葉輪表面均勻的噴涂兩層泵增效節能涂料。水泵流道表面的氣蝕部分，在經過噴砂修補、噴涂節能涂料處理后，殼內腔和葉輪表面已被完整修復，其運行及節能效果會有明顯的提高。

水廠水泵的選型，要考慮到水廠建設的初次投產、中期生產、理論生產規模以及季節性供水量的需求等，保證選用的水泵能夠達到水廠的建設目地。當前，高效節能型水泵的技術含量較高，不僅節能效果顯著，而且在運行過程中，振動小且噪音低，其良好的機械密封性能，可以有效避免常規水泵軸向易出現滲漏的情況，降低水泵維修及保養的人力和財力投入，提高水泵的使用壽命。

2.5 其它節能技術

在保證供水量的情況下，對供水管路閥門的開啟程度進行調節，閥門開啟越大，流量越大，反之流量減少，但此類調解水泵轉速不會發生變化；此外，對水泵的壓力、功率等的控制方法，如：根據壓力、流量對泵的葉輪進行切削、不同尺寸泵的搭配等，可以降低水泵電能損耗。

3、泵節能改造的工作程序

工作程序如下：現場調查裝置情況、原泵運行流量、用戶的改造要求等；開展原泵運行工況的分析，包括運行效率、改造的節能空間等，如沒有或只有很小的節能空間，建議不要勉強改造；做出既滿足技術要求、又經濟合理且客戶認可的改造方案；改造產品產成后，應先在制造廠試驗驗收，然后在現場調試驗收。泵節能改造工作是一項技術性、可比性很強的工作，所以必須按照工作程序，慎重對待，實事求是地進行。

4、結束語

水泵的節能是一項系統工程，水泵整個系統的匹配對水泵性能的影響很大，應該以水泵節能為目標，綜合水泵系統的各個方面、各個環節，使整個水泵系統能達到最好的匹配效果，發揮出最高的使用效率。水泵節能改造的成功與否，關鍵取決于透徹的現場調研。只有進行科學和實事求是的分析論證，大力推廣節能技術，尋求因地制宜的解決方案，并逐一落實到位，才能獲得顯著效益。

參考文獻

[1] GB/T 13007—2011，離心泵效率.

作者簡介：楊結欣（1974年06月）男，漢族，大學專科，技術員，從事機械工程技術工作。