水泵節能技術(shù)在供水系統中的應用

供水系統中常用的水泵節能技術(shù)分析

1．新型高效水泵替換技術(shù)

大量建設較早的供水系統中，仍然存在并運行著(zhù)效率低，但能耗、故障率、維修量等較高的老式水泵，針對此類(lèi)水泵進(jìn)行節能技術(shù)應用，主要是在擴大水泵容量的同時(shí)，選擇更加新型高效的水泵系統對其進(jìn)行替換，此類(lèi)節能水泵的應用，節能性較為突出，通常投資回報率可以達到50％~70％左右，而且替換過(guò)程對成本和技術(shù)的依賴(lài)性較小。

新型高效水泵通常以葉輪機械三元流動(dòng)理論為設計的基礎，所謂三元流動(dòng)理論即考慮到水體在水泵葉輪中勻速流轉時(shí)，產(chǎn)生的流速會(huì )受到具體流線(xiàn)、橫截面位置等因素的影響，建設水體流速的三元空間坐標，然后對其進(jìn)行無(wú)線(xiàn)分割，在對水泵葉輪各工作點(diǎn)進(jìn)行具體分析的基礎上，建立可以反映葉輪流體流動(dòng)狀態(tài)的數學(xué)模型。結合數學(xué)模型可以設計出保證葉輪內部所有水體質(zhì)點(diǎn)流速分布滿(mǎn)足節能需要的水泵葉輪葉片的具體結構。因此，在供水系統中，應用此類(lèi)節能水泵，實(shí)質(zhì)上是對傳統水泵系統進(jìn)行改型。

為保證新型高效節能水泵在應用后，既可以達到節能的預期目的，又可以滿(mǎn)足供水系統的實(shí)際需要。替換前，要先對供水系統進(jìn)行細致的診斷與分析，避免替換失敗或替換后水泵的運行狀態(tài)不理想等情況發(fā)生。

2．部分水泵葉輪切削改造技術(shù)

在認識到供水系統中水泵節能的重要性，并采取一定節能技術(shù)實(shí)踐后，水場(chǎng)的壓力和供水量等會(huì )逐漸與系統原設計參數發(fā)生偏離，有可能導致水泵的運行環(huán)境與設備不匹配，反而使水泵供電能耗增加。此時(shí)若要達到整體的節能效果，就需要對供水系統中偏離設計參數的葉輪進(jìn)行適當的切削改造，以此保證供水流量和壓力處于水泵運行的最佳狀態(tài)范圍內，進(jìn)而達到節能的預期效果。通常情況下，通過(guò)部分水泵葉輪切削改造，可以實(shí)現節能1O％～15％左右。

需要注意的是，水泵葉輪切削改造技術(shù)應用的過(guò)程中，由于以較低效區工況點(diǎn)向高效區工況點(diǎn)轉移為直接目的，而水泵特性曲線(xiàn)和管路特性曲線(xiàn)是決定水泵運行工況的主要因素，所以在部分水泵葉輪切削改造技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是對兩種曲線(xiàn)進(jìn)行改變的過(guò)程。

前者目前主要依靠變速運行和變徑調節實(shí)現，這說(shuō)明變頻器在水泵電機調速的過(guò)程中應用具有較強的節能效果；后者主要通過(guò)增加管網(wǎng)壓力、調整局部水力損失實(shí)現，此種節能技術(shù)雖然可以實(shí)現工況點(diǎn)的理想位移，但在實(shí)際操作的過(guò)程中，部分壓力并未有效做功，所以節能的效果相比前者較不理想，所以在實(shí)際條件允許的情況下，應用節能技術(shù)的過(guò)程中，要盡可能從前者角度出發(fā)，切削前后流量的比值與葉輪外徑的實(shí)際比值相同。

3．增加調速裝置技術(shù)

變級、電磁、變頻、調壓、液力耦合器等多類(lèi)型的調速裝置在供水系統水泵節能中應用，均可以實(shí)現保持原有供水管路曲線(xiàn)特征的前提下，改變水泵性能曲線(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現節能的效果，此項節能技術(shù)應用的原理與部分水泵葉輪切削改造技術(shù)的節能原理基本一致，只是采用的具體節能方式有所調整，其建立在改變轉速的基礎上。

例如，在節能的過(guò)程中，選用永磁磁力耦合調速驅動(dòng)器對轉速進(jìn)行調整，將該調速裝置的銅轉子結構、永磁轉子結構分別安裝于水泵的發(fā)動(dòng)機軸和水泵負載轉軸上，在前者受發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)運轉的過(guò)程中，會(huì )與后者產(chǎn)生相對運動(dòng)關(guān)系，相對運動(dòng)過(guò)程中會(huì )在交變磁場(chǎng)作用下生成渦流，進(jìn)而形成感應磁場(chǎng)，推動(dòng)磁轉子按照相同的方向轉動(dòng)，轉動(dòng)的過(guò)程中，必然對負載側輸出軸產(chǎn)生一定的扭矩，扭矩的大小與銅轉子結構、永磁轉子結構安裝的間距具有密切的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現對整體轉速的調整。

此類(lèi)節能技術(shù)在應用的過(guò)程中，不僅可以獲得較顯著(zhù)的節能效果，而且由于應用的調速裝置通常使用壽命較長(cháng)，結構較簡(jiǎn)單，所以在使用的過(guò)程中，對后期維護的依賴(lài)性較低，對保證供水系統整體運行狀態(tài)的穩定性具有積極的作用。

供水系統中應用水泵節能技術(shù)的選擇

上文中闡述的三種水泵節能技術(shù)，在供水系統中均得到較廣泛的應用，而且目前相關(guān)技術(shù)都得到了有效的深化，這就引發(fā)了在供水系統應用水泵節能技術(shù)的過(guò)程中，應該如何選擇的新問(wèn)題。筆者認為，在進(jìn)行應用選擇的過(guò)程中，主要考慮以下幾個(gè)方面：

(1)供水流量壓力等工況在設計和應用的過(guò)程中，如果會(huì )產(chǎn)生規律性的變化，建立在調整轉速基礎上的變頻改造技術(shù)應用的效果較為理想，但在工況運行較穩定的情況下如果繼續應用此技術(shù)，雖然在提升水泵運行效率，降低水泵能耗方面會(huì )產(chǎn)生一定的作用，但改造成本和后期維護成本均會(huì )大幅的提高，所以受實(shí)際條件及成本控制的約束性較強。

(2)在供水系統工況運行穩定，并且運行工況不超出設計工況范圍1/5的情況下，采用部分葉輪切削技術(shù)的應用可以達到較好的節能效果，但在工況超出此范圍的情況下，如繼續應用此技術(shù)，可能會(huì )對供水系統整體的運行效率產(chǎn)生影響，所以不宜選用。

(3)隨著(zhù)新型高效水設計水平的不斷提升，新型高效水泵相比傳統水泵在運行效率方面的優(yōu)越性越來(lái)越明顯，但相比西方發(fā)達國家我國仍存在一定的差距，所以要提升供水系統水泵的節能效果，應有意識的采用新型高效水泵替換技術(shù)。

(4)隨著(zhù)變頻技術(shù)的不斷完善，在條件允許的情況下，在水泵系統中合理的應用變頻器，也是水泵節能途徑的較好選擇，據相關(guān)統計數據顯示，變頻器的合理應用，可以實(shí)現水泵節能20％~30％。