水泵節(jié)能技術(shù)在水廠中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國(guó)城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大及對(duì)供水需求量的增加，對(duì)已有的水泵進(jìn)行改造，降低水泵能耗，提高水泵的運(yùn)行效率，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)各水廠所共同關(guān)注的問題。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水廠中的水泵節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了探討，希望可為同行提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：水泵 節(jié)能技術(shù) 水廠

1、水泵節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的重要性

在水廠的實(shí)際運(yùn)行中，水泵在最不利工況點(diǎn)運(yùn)行的時(shí)間相對(duì)較少，絕大部分時(shí)間是在平均流量和平均揚(yáng)程工況附近運(yùn)行，甚至長(zhǎng)期在低揚(yáng)程大流量工況運(yùn)行，這樣水泵有可能長(zhǎng)時(shí)間偏離高效區(qū)間運(yùn)行。而當(dāng)前進(jìn)行水廠送水泵選型時(shí)，首先考慮水泵應(yīng)滿足最不利工況點(diǎn)的要求，即以供水管網(wǎng)的最高日最高時(shí)用水量和壓力來(lái)計(jì)算水泵的設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程。根據(jù)此法選型的水泵滿足了最不利工況點(diǎn)的要求，卻忽略了對(duì)能耗的考慮。在實(shí)際生產(chǎn)中，為確保水泵的安全運(yùn)行，也為使水泵運(yùn)行于高效區(qū)間內(nèi)，有的只能通過(guò)控制出水閥門來(lái)改變管道特性曲線，從而改變水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，雖然水泵安全運(yùn)行于高效區(qū)間內(nèi)，卻致使大量的能量消耗在閥門上，造成電能很大的浪費(fèi)。水泵是水廠供水系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，也是系統(tǒng)最大的一個(gè)耗能點(diǎn)，為節(jié)約能耗，有必要對(duì)送水泵實(shí)施節(jié)能改造，水泵節(jié)能技術(shù)改造主要是通過(guò)改變水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，使水泵始終運(yùn)行于高效區(qū)間內(nèi)，且運(yùn)行工況與管網(wǎng)實(shí)際所需一致。

2、水廠水泵節(jié)能技術(shù)

2.1 水泵變頻調(diào)速技術(shù)

水泵的參數(shù)包括壓力、流量、功率等，其中對(duì)水泵流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，是降低水泵能耗的一個(gè)重要措施。近年來(lái)變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛應(yīng)用在水泵等流體機(jī)械上，對(duì)水泵的流量和轉(zhuǎn)速進(jìn)行的變速調(diào)節(jié)，在保證供水量的情況下，水泵轉(zhuǎn)速越快，輸出流量越大，反之則減少，即通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速，來(lái)改變水泵的運(yùn)行曲線，使水泵的出水壓力與管網(wǎng)實(shí)際所需一致，從而達(dá)到節(jié)能的目的，這種方法可有效降低系統(tǒng)不必要的耗損。在供水系統(tǒng)中變頻調(diào)速采用兩種供水方法：一是變頻恒壓變流技術(shù)，二是變頻變壓變流技術(shù)。前者應(yīng)用廣泛，后者技術(shù)結(jié)構(gòu)更為合理，控制難度相對(duì)較大。恒壓供水方式就是針對(duì)離心泵“流量大時(shí)揚(yáng)程低，流量小時(shí)揚(yáng)程高”的特性，通過(guò)恒壓變量變頻調(diào)速技術(shù)保持供水泵房總出水管壓力不變，以達(dá)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(shè)置不同。它使水泵揚(yáng)程不確定，而是沿管路特性曲線移動(dòng)，當(dāng)流量變化時(shí)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)調(diào)工況點(diǎn)。變壓供水理論上避免流量減少時(shí)揚(yáng)程的浪費(fèi)，顯然優(yōu)于恒壓供水。但變壓供水本質(zhì)上也是一種恒壓，不過(guò)將水泵出口壓力恒定變成了控制點(diǎn)壓力恒定。水泵變頻恒壓變量供水較傳統(tǒng)供水方式節(jié)能20%，水泵變頻變壓變量供水較傳統(tǒng)供水方式節(jié)能35%。根據(jù)不同的供水特點(diǎn)和不同的使用場(chǎng)所，可選擇不同方式以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，恒壓變量方式供水壓力基本恒定，在水量波動(dòng)幅度小、用水壓力基本不變的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng)較適用。水泵變壓變量方式適用于日水量變化大、管網(wǎng)復(fù)雜的城鎮(zhèn)生活供水系統(tǒng)，目前該方法在國(guó)內(nèi)一些水廠得以應(yīng)用，且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，但變頻調(diào)速設(shè)備造價(jià)較高，且調(diào)速設(shè)備的維修技術(shù)要求高。

2.2 水泵過(guò)流部件涂敷技術(shù)

目前在國(guó)內(nèi)外已開發(fā)出的多種表面涂敷技術(shù)，應(yīng)用于不同的流體領(lǐng)域，這些新材料各有特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)研，以下為常用的幾種適用于供水行業(yè)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(shù)可用于飲用水的涂層系統(tǒng)，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生組織（ANS/NSF61）標(biāo)準(zhǔn)，并符合英國(guó)供水規(guī)定第25款中的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)葉輪外緣的摩擦，以及泵殼間液體做渦流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輪阻損失，即有效降低水泵的機(jī)械損失；另一方面可有效提高泵體內(nèi)壁及葉輪過(guò)流部分的表面粗糙度，從而有效降低液體流經(jīng)泵體內(nèi)各部位的沿程摩擦損失，并減少流道表面渦流的產(chǎn)生，降低沖擊損失，達(dá)到降低水泵水力損失的效果。兩方面綜合作用的結(jié)果是可提高水泵產(chǎn)量，降低運(yùn)行電流，降低耗用功率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.3 水泵葉輪切割技術(shù)

葉輪切削是改變水泵性能的一種簡(jiǎn)單易行的方法，在水廠的改造中已得到了廣泛的應(yīng)用。改技術(shù)的原理是經(jīng)過(guò)切削的葉輪其特性曲線會(huì)按一定規(guī)律發(fā)生變化，根據(jù)切削后的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算切削量，改變?nèi)~輪的外徑，使水泵特性曲線按要求發(fā)生變化，從而使水泵運(yùn)行于與管網(wǎng)實(shí)際所需一致的高效區(qū)間內(nèi)，達(dá)到節(jié)能的目的。葉輪切割就是把葉輪的外徑切削得稍小一些。經(jīng)過(guò)切削后的葉輪，其特性曲線就按一定的規(guī)律發(fā)生變化。切割葉輪是改變水泵性能的簡(jiǎn)便易行的方法。實(shí)踐證明，在一定條件下，離心泵的性能參數(shù)流量Q、揚(yáng)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(yáng)程、軸功率，Q1、H1、N1為葉輪外徑切削前的流量、揚(yáng)程、軸功率。當(dāng)葉輪的切削量控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，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(zhuǎn)速的關(guān)系通過(guò)查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范獲得。

2.4 新材料及新產(chǎn)品在水廠水泵中的應(yīng)用

水泵耗能的控制，也可以考慮采用一些新材料和新技術(shù)，如：對(duì)水泵的殼內(nèi)腔和葉輪表面進(jìn)行噴砂修補(bǔ)后，再對(duì)葉輪表面均勻的噴涂?jī)蓪颖迷鲂Ч?jié)能涂料。水泵流道表面的氣蝕部分，在經(jīng)過(guò)噴砂修補(bǔ)、噴涂節(jié)能涂料處理后，殼內(nèi)腔和葉輪表面已被完整修復(fù)，其運(yùn)行及節(jié)能效果會(huì)有明顯的提高。

水廠水泵的選型，要考慮到水廠建設(shè)的初次投產(chǎn)、中期生產(chǎn)、理論生產(chǎn)規(guī)模以及季節(jié)性供水量的需求等，保證選用的水泵能夠達(dá)到水廠的建設(shè)目地。當(dāng)前，高效節(jié)能型水泵的技術(shù)含量較高，不僅節(jié)能效果顯著，而且在運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)小且噪音低，其良好的機(jī)械密封性能，可以有效避免常規(guī)水泵軸向易出現(xiàn)滲漏的情況，降低水泵維修及保養(yǎng)的人力和財(cái)力投入，提高水泵的使用壽命。

2.5 其它節(jié)能技術(shù)

在保證供水量的情況下，對(duì)供水管路閥門的開啟程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，閥門開啟越大，流量越大，反之流量減少，但此類調(diào)解水泵轉(zhuǎn)速不會(huì)發(fā)生變化；此外，對(duì)水泵的壓力、功率等的控制方法，如：根據(jù)壓力、流量對(duì)泵的葉輪進(jìn)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(jié)能改造的工作程序

工作程序如下：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查裝置情況、原泵運(yùn)行流量、用戶的改造要求等；開展原泵運(yùn)行工況的分析，包括運(yùn)行效率、改造的節(jié)能空間等，如沒有或只有很小的節(jié)能空間，建議不要勉強(qiáng)改造；做出既滿足技術(shù)要求、又經(jīng)濟(jì)合理且客戶認(rèn)可的改造方案；改造產(chǎn)品產(chǎn)成后，應(yīng)先在制造廠試驗(yàn)驗(yàn)收，然后在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試驗(yàn)收。泵節(jié)能改造工作是一項(xiàng)技術(shù)性、可比性很強(qiáng)的工作，所以必須按照工作程序，慎重對(duì)待，實(shí)事求是地進(jìn)行。

4、結(jié)束語(yǔ)

水泵的節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，水泵整個(gè)系統(tǒng)的匹配對(duì)水泵性能的影響很大，應(yīng)該以水泵節(jié)能為目標(biāo)，綜合水泵系統(tǒng)的各個(gè)方面、各個(gè)環(huán)節(jié)，使整個(gè)水泵系統(tǒng)能達(dá)到最好的匹配效果，發(fā)揮出最高的使用效率。水泵節(jié)能改造的成功與否，關(guān)鍵取決于透徹的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。只有進(jìn)行科學(xué)和實(shí)事求是的分析論證，大力推廣節(jié)能技術(shù)，尋求因地制宜的解決方案，并逐一落實(shí)到位，才能獲得顯著效益。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 13007—2011，離心泵效率.

作者簡(jiǎn)介：楊結(jié)欣（1974年06月）男，漢族，大學(xué)?？疲夹g(shù)員，從事機(jī)械工程技術(shù)工作。