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水泵知识

供水给水泵选型方法及流量调节方式

  • 作者:三昌泵业
  • 发布时间:2016-07-09 10:27:19
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        据统计,给水工程中泵站的综合效率不足50%,能源浪费严重,而在能源供应紧张的今天,工程设计中运用水泵供水节能技术,正确地进行泵站设计,使水泵能经常高效运行,则具有重大经济意义。
        水泵按照功能划分,在供水系统各环节中构成取水泵站(泵站)、配水泵站(二泵站)、加压水泵站、调节水泵站、循环水泵站等。可以说水泵站是供水系统中的枢纽,水泵是这枢纽中的心脏。对于水泵的选型、在系统中的运行情况与节约能源、降低成本、提高经济效益密切相关。
供水给水泵

        1、给水泵选型方法

        水泵的选型是根据所需流量、扬程及其变化规律,同时考虑水泵经常供水时能高效运行确定。
        泵站、加压泵站是按高日平均时用水量设计,满足高日供水量与扬程来确定泵型及台数。二泵站按供水区逐时用水量变化设计,满足高日高时供水量与扬程来确定泵型及台数。

        1)给水泵的选择

        在泵站选泵的扬程中,对水源取用设计低水位。实际上水源出现低水位的机率小,大多数时间是高于这个低水位的,造成选泵扬程高于大多数时间所需要的扬程。在水位变幅大的水源中,这因素的影响更大。对选泵所用的高日水量来说,在年之中高日水量出现的天数往往只占百分之几。大多数时间低于选泵所用的高日水量。输水管中的水头损失是随水量的变化成平方关系变化。显然,在大多数时间里,系统上所需扬程和水量皆小于选泵时的扬程和水量。

        2)供水泵的选择

        二泵站供水管网的用水量不是个固定值。是逐年、逐月、逐日、逐时地变化着的。管网的水头损失也是随水量的变化成平方关系变化,管网所需的水压也随水量的变化而变化。选泵中的扬程和水量采取以点兼面、以大兼小的取值方法,不仅增加了初期设备费,也因为水泵长时间的低效率运行造成能量浪费,在经济上是不允许的。
        对于复杂的管路,当不能准确地求出管路特性曲线时,是无法选择合适的泵型的。选泵参数不当,泵不可能高效运行。

        3)水泵的配置

        般离心泵的效率为80%左右,选型时往往考虑设备在使用中挖潜,选泵参数留有裕量,造成投产初期水泵低效率运行。即使初期使用小泵运行,也存在效率低的问题。
        对于扬程、水量变化较大的工况,若使水泵在大多数时间高效运行,实际是做不到的。
        鉴于上述各种情况,选泵时,在满足大工况的前提下,在用水量和所需水压变化较大的情况下,可选用多台性能不同的水泵组合运行,但台数多、型号多、管理麻烦。也可考虑多台同型号水泵并联运行与单台水泵独立运行相结合的方式,选泵时应选择在并联运行时每台水泵的工况点接近高效区的左边界,水泵在单独运行时,工况点向右移动,仍可处在高效区运行,这样选择的结果,可促使水泵在整个工况变化范围内的运行效率都较高。这种方式,同样也因台数多,管理麻烦。因此,在水泵供水系统中,采用其他多种节能措施是非常必要的。

        2、给水泵适应流量、扬程变化的调节方式

        按照大工况选泵,与实际运行工况相差较大,降低水泵效率。为此,运行中根据工况中流量与扬程的变化进行水泵运行工况的调节,常用的调节方式有下列几种。

        1)给水泵流量调节

        (1)减少阀门的开启度

        这是生产中常采用的调流方式。当水泵的工作扬程高于管路所需要的水压时,为满足管路的要求,减小水泵出水阀门的开启度,使阀门增加的水头损失恰好等于某供水量时水泵扬程与管路所需压力之差,改变管路的特性来符合相应供水量时水泵的扬程。该调节方法使大量的电能损失在减少阀门开启度而产生的阻尼上,使工况在水泵的特性曲线上向左移动,降低了系统运行效率,多耗了电能。

        (2)多台水泵并联运行

        如前所述,在用水量变化较大的供水系统中,设置多台同型号或多台不同型号的泵并联工作,通过调节水泵的台数进行流量调节,以适应管网对水量变化的要求。这种运行方式,台数不能太多,这不仅因台数太多带来管理麻烦,降低运行效率,而且会增加水泵的开停次数,缩短设备的使用寿命,这种方式不能连续调节流量变化,也不能用来调节时变化。见图1
三台泵并联运行特性曲线

        2)水泵特性调节

        (1)调节水泵叶片的安装角度

        在安设轴流泵或混流泵时,可利用这种泵的叶片可调性,使其工作参数随叶片安装角而变化,从而改变水泵的特性。水泵叶片的安装角度增大,流量增大,水泵的效率也增高。但泵站的综合效率不定高,要经过计算确定。其调节方式有全调节和半调节两种,全调节在水泵运行中利用调节机构进行调节。半调节是在水泵停止运行时,进行叶片安装角度的调节。

        (2)车削叶轮直径或更换不同直径的叶轮

        改变叶轮直径可改变水泵的性能。根据流量的变化,计算出水泵高效运行时满足工况要求的叶轮直径,如果工况长期稳定,只车削次即可。如果工况是随着季节的变化而变化的,可配备不同直径的叶轮,进行更换。这种方式受叶轮直径变化范围的限制。用这种方式代替调节阀门开启度的流量调节方式,可节省能耗,但只适用于变化不太大的工况。

        (3)调节转速

        利用改变电动机的转速或改变电动机和水泵的速比可改变水泵的特性,使之适应供水系统工况变化幅度较大的情况。实践证明,调节转速的方法具有良好的节能效果,可简化和便于泵房设备的调度,易于实现自动控制。

        3、水泵的调速特性及节能原理

        上述各种调节方式中,用调节水泵的转速,是降低能耗的好方式。原因是在改变水泵的转速时且转速变化在±20%范围内,保持泵体内部的流动状态相似的话,那么泵体内的水流速度与转速成正比,流量与转速比成正比,扬程与转速比的平方成正比。轴功率与转速比的立方成正比。
        Q=Q0(n/n0) (1)
        H=H0(n/n0)2 (2)
        N=N0(n/n0)3 (3)
        式中:n0为额定转速,Q0为额定转速时的流量,H0为额定转速时的扬程,N0为额定转速时的轴功率,为调速后的转速,Q为n转速时的流量,H为n转速时的扬程,N为n转速时的轴功率。
        由式(1)、式(2)换算后可以得到下式
        H = (H0/Q022)Q2
        式中 H是水泵运行中任何工况点的扬程
        Q是水泵运行中任何工况点的流量
        当在佳工况点时,H0/Q0是特定条件为H0、Q0时的特定常数。指额定转速时的扬程与流量之比。
        可以看出,它是以座标原点为顶点的抛物线方程,在这条抛物线上的各点工况相似,可称为相似工况抛物线,在转速变化为±20%的范围内,泵的效率可基本不变,也叫高效率抛物线。
        Q-H曲线为单泵额定转速为n0时的特性曲线,Q'-H'曲线为单泵转速为n时的特性曲线,Q-Σh曲线为管路特性曲线,A点是水泵选泵的工况点,A点对应着QA、HA、ηA,是选泵的主要参数。由管路特性曲线Q-∑h决定水泵实际运行中的工况点必定在水泵特性曲线的佳工况点0左右移动。若管网要求满足A’点的工况,对应的参数是QA'、HA'、ηA",由图2见到ηA"≤ηA,效率降低了。根据式(4)及QA'、HA'二参数,可以绘制出相似工况抛物线OB,交Q-H曲线于B点,又得到QBHBηB三参数,根据相似工况下水泵的流量与转速比成正或扬程与转速比的平方成正比得到在A’运行时,计算出水泵的转速n,=(QA'/QB)n0,水泵在n转速下运行,就可以得到满足工况QA'、HA'运行时的效率ηA'。ηA'>ηA"。这就是改变转速后,还能高效运行的原理。
净扬程变化单泵调速节能原理图
        图3  是净扬程变化单泵调速节能原理图
        Q-H曲线为额定转速n0时的水泵特性曲线,Q'-H'曲线为转速n时的水泵特性曲线,Q-∑h曲线为管路在净扬程为h时的特性曲线,Q'-∑h'曲线为管路在净扬程为h’时的特性曲线,A点是水泵运行的佳工况点,A点对应着QA、HA、ηA三参数,是选泵的主要参数;实际上水泵运行中经常出现的净扬程小于h,为h',在h'时的水泵工况点为B,水泵的运行效率由ηA降到ηB,此时增加了能耗。若把水泵的转速由n0调节到n时,根据上述调速后水泵的特性变化公式,可以算出Q'-∑h'管路特性曲线上的任何点的转速,得到调速后的水泵特性曲线,Q'-H',该曲线与Q'-∑h'曲线交点A',即满足管路工况要求,又使调速后的水泵运行在高效点ηA’上。ηA'=ηA>ηB。
        从以上两个原理图可以看出,水泵调速之后,可以得到对应不同转速下的新的佳工况。不调速时,只有个佳工况点,调速后得到条佳工况线,不调速时有条水泵运行佳工况段,调速后得到个牛角形的佳工况面(般调速范围≯60%为宜)。这样,水泵运行适应工况的范围扩大了,水泵容易在佳工况区运行,减少能耗。
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