水泵系統基本特性及節能措施

王 濤

(黑龍江省節能監測中心，哈爾濱 150001)

0 引 言

水泵是一種流體機械，屬于生產設備，它能夠把外界輸入的能量轉變為液體的勢能和動能，使液體能量提高。

按工作原理和結構不同，水泵可以分為速度型，如離心泵、軸流泵等葉輪泵；體積型，如往復泵、回轉泵等容積泵。離心式泵按葉輪級數可分為單級泵和多級泵。按揚程高低來分，有單級揚程低于20 m水柱的低壓泵；20～100 m水柱的中壓泵；大于100 m水柱的高壓泵。按葉輪吸入方式有單吸和雙吸之分。本文主要分析離心式、軸流式泵，輸送介質以工業允許使用的清水或類似清水的液體為限。

1 水泵用電系統的構成

工廠企業的水泵系統大部分由電動機進行拖動。除了單機運行方式之外，為了增加供水能力，采用聯合運行(串聯或并聯)。為了便于對水泵用電狀況進行分析，本文從單機電能平衡出發，綜合分析整個泵站經濟運行水平，用電系統采用能源串聯方式表示。

水泵總電能利用率η為：

式中,Wyx為用電系統有效電能，kWh;Wgg為用電系統供給電能，kWh。

η的另一種表達式為：

η=ηd×ηl×ηs

式中，ηd為電動機的電能利用率即電動機效率；ηl為聯軸器的電能利用率即傳動效率；ηs為水泵的電能利用率即效率。

2 水泵現場電能利用率測試

水泵在某段時間內的有效電能是水泵有效電功率平均值與時間的乘積。在現場測試過程中，水泵有效電功率隨著水泵工況變化而變化，通常采用瞬時有效功率計算水泵電能利用率。

為了正確反映水泵電能利用情況，當水泵工況變化較大時，應分別測量負荷最大、最小及一般常用工況下電能利用率。

水泵用電系統中的電動機、聯軸器等電能利用率或效率相對穩定，并且其能耗占整個系統能耗比重較小，對于整個用電系統而言，應特別注意水泵效率ηs的測定。

3 離心式水泵的基本參數

(1)流量

單位時間內通過水泵的液體體積為水泵體積流量，用Q表示，常用單位為m3/s，L/s，m3/h。

(2)揚程

單位重量液體通過泵葉輪后所獲得的能量增加值定義為泵的揚程，用H表示，單位為米液柱，當輸送的介質是水時則為米水柱(mH2O)。根據流體力學的伯努利方程，在不考慮損失的情況下，揚程的計算式如下：

式中，P1，P2為水泵進出口壓力，MPa；v1，v2為水泵進出口流速，m/s；Z1，Z2為水泵進出口壓力表安裝位置高度，m；γ為介質重度；g為重力加速度；H為水泵揚程。

當進口是真空時，進口壓力采用真空表，則計算公式為：

式中，P0為真空表度數，MPa。

(3)轉速

水泵軸每分鐘轉動次數，用n表示，單位為rpm。

(4)有效功率，軸功率

單位時間內液體經過水泵后獲得的總能量稱為有效功率，用Ne表示，單位為kW。

式中：H的單位為mH2O；Q的單位m3/s。

(5)水泵效率

有效功率與軸功率之比稱為水泵效率ηs。

4 提高泵系統效率的措施

由于選型不當、管道設計/安裝不合理、維護檢修不良、使用管理落后以及設備陳舊等原因，造成泵效率降低，部分水泵效率低于《GB/T13469-2008 離心泵、混流泵、軸流泵與旋渦泵系統經濟運行》中規定要求，電能利用率較低。經過重新選型、葉型改造、多級泵抽級、切割葉輪、轉速調節等方式進行改造，一般節電20%～30%。

水泵運行中由于水泵種類、性能、應用場合、使用工況、管道布置等情況，改造低效水泵主要為提高水泵運行效率和減少節流損失，達到水泵經濟運行的目的。主要改造方法如下：

(1)低效泵的更換

對于一些由于制造工藝結構等原因效率較低，或因年久失修以及屬淘汰類水泵，當原有水泵處于其特性曲線所標識的高效區域而運行效率比較低時，可采用重新選型的方法，用高效水泵去替換，使水泵在輸出與原有水泵相同流量和揚程時，水泵輸入功率比原來有所減少，從而達到節能目的。

(2)置換與系統不匹配水泵

目前工業企業流體介質輸送系統和中央空調循環水系統存在“大流量、低效率、高能耗”的狀況，按最佳工況運行原則，通過檢測復核當前運行工況參數和設備額定參數，找到最佳工況點，提出最佳匹配方案，通過改造，消除不利因素，按最佳運行工況參數，選擇適合流量、揚程的水泵來替換目前處于不利工況、低效率運行的水泵，消除因系統配置不合理而引起的高能耗，以達到最佳節能效果。

(3)葉輪切削

水泵葉輪切削技術是一種把水泵原葉輪外徑在車床上切削，再安裝運轉的節能技術。經過切削后的葉輪，其特性曲線按一定規律變化。切削量的選擇是基于大量試驗資料基礎而進行的。如果葉輪切削量控制在一定限度內時，則切削前后水泵相應效率可視為不變。需要注意的是，葉輪效率會使水泵的效率有所降低，因此切割葉輪時，要逐次切割，避免一次切割過多的現象。

(4)采用調速調節，減少節流損失

當泵負載經常性或季節性變化時，可采用調速調節，如多速電機、變頻調速等技術。調速是泵技術改造中廣泛應用的一種方法，通過調速調整水泵性能曲線移動，適應負荷變化，調節水泵運行處于高效區域，減少節流損失。變頻調速可實現無級調節，也可實現大電機啟停，避免啟動時電壓沖擊，同時降低對電網要求和無功損耗，為目前主流調速技術。

(5)優化管道，定期維修

盡量減少管道突變的連接和拐彎，拆除不必要擋板、增加導向葉片、清除管道水垢，減少阻力。定期檢查水泵，更換已被磨損的葉輪、保持密封良好、清洗流道，減少流道損失。