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供水泵選型及調(diào)節(jié)方式

2017-12-16 16:30:04

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  據(jù)統(tǒng)計(jì),給水工程(Engineering)中能耗費(fèi)占供水成本的30~70%,水泵的能耗費(fèi)占總能耗費(fèi)的90%左右。實(shí)際運(yùn)行中,水泵的效率大多數(shù)不足60%,泵站的綜合效率不足50%,存在著較大的能源浪費(fèi)。
  在能源供應(yīng)緊張的今天,工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用水泵供水節(jié)能技術(shù),正確地進(jìn)行泵站設(shè)計(jì),使水泵能經(jīng)常高效運(yùn)行,將具有重大經(jīng)濟(jì)(jīng jì)意義。
  水泵把水從水源中取出送至用戶或凈水廠;把凈化的水送至供水管網(wǎng);在長(zhǎng)距離輸水中將水加壓;在分壓供水系統(tǒng)中增加管網(wǎng)的壓力;在用水高峰季節(jié)調(diào)節(jié)管網(wǎng)供水量;在工業(yè)循環(huán)供水系統(tǒng)中提升冷卻水和補(bǔ)充新鮮水等。上海凱泉如安裝過(guò)高,則不吸水;此外,由于山區(qū)比平原大氣壓力低,因此同一臺(tái)水泵在山區(qū),特別是在高山區(qū)安裝時(shí),其安裝高度應(yīng)降低,否則也不能吸上水來(lái)。按照功能劃分,水泵在供水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中構(gòu)成取水泵站(一級(jí)泵站)、配水泵站(二級(jí)泵站)、加壓泵站、調(diào)節(jié)泵站、循環(huán)泵站等??梢哉f(shuō)水泵站是供水系統(tǒng)中的樞紐,水泵是這樞紐中的心臟。對(duì)于水泵的選型、在系統(tǒng)中的運(yùn)行情況與節(jié)約能源、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。
  2 選泵方法
  供水泵的選型是根據(jù)所需流量、揚(yáng)程及其變化規(guī)律,同時(shí)考慮水泵常常供水時(shí)能高效運(yùn)行確定。
  一級(jí)泵站、加壓泵站是按最高日平均時(shí)用水量設(shè)計(jì),滿足最高日供水量與揚(yáng)程來(lái)確定泵型及臺(tái)數(shù)。二級(jí)泵站按供水區(qū)逐時(shí)用水量變化設(shè)計(jì),滿足最高日最高時(shí)供水量與揚(yáng)程來(lái)確定泵型及臺(tái)數(shù)。
 
  2.1 取水泵的選擇
  在一級(jí)泵站選泵的揚(yáng)程中,對(duì)水源取用設(shè)計(jì)低水位。實(shí)際上水源出現(xiàn)低水位的機(jī)率小,大多數(shù)時(shí)間是高于這個(gè)低水位的,造成選泵揚(yáng)程高于大多數(shù)時(shí)間所需要的揚(yáng)程。在水位變幅大的水源中,這一因素的影響(influence)更大。對(duì)選泵所用的最高日水量來(lái)說(shuō),在一年之中最高日水量出現(xiàn)的天數(shù)往往只占百分之幾。大多數(shù)時(shí)間低于選泵所用的最高日水量。輸水管中的水頭損失是隨水量的變化成平方關(guān)系變化。顯然,在大多數(shù)時(shí)間里,系統(tǒng)上所需揚(yáng)程和水量皆小于選泵時(shí)的揚(yáng)程和水量。
  2.2 供水泵的選擇(xuanze)
  二級(jí)泵站供水管網(wǎng)的用水量不是一個(gè)固定(fixed)值。是逐年、逐月、逐日、逐時(shí)地變化著的。管網(wǎng)的水頭損失也是隨水量的變化成平方關(guān)系變化,管網(wǎng)所需的水壓也隨水量的變化而變化。選泵中的揚(yáng)程和水量采取以點(diǎn)兼面、以大兼小的取值方法,不僅增加了初期設(shè)備(shèbèi)費(fèi),也因?yàn)樗瞄L(zhǎng)時(shí)間的低效率運(yùn)行造成能量浪費(fèi),在經(jīng)濟(jì)(jīng jì)上是不允許的。
  對(duì)于復(fù)雜的管路,當(dāng)不能準(zhǔn)確地求出管路特性曲線時(shí),是無(wú)法選擇(xuanze)合適的泵型的。選泵參數(shù)不當(dāng),泵不可能高效運(yùn)行。
  2.3 水泵的配置
  一般離心泵(Centrifugal pump)的效率為80%左右,選型時(shí)往往考慮設(shè)備在使用中挖潛,選泵參數(shù)留有裕量,造成投產(chǎn)初期水泵低效率運(yùn)行。即使初期使用小泵運(yùn)行,也存在效率低的問(wèn)題(Emerson)。
  對(duì)于揚(yáng)程、水量變化較大的工況,若使水泵在大多數(shù)時(shí)間高效運(yùn)行,實(shí)際是做不到的。
  鑒于上述各種情況(Condition),選泵時(shí),在滿足最大工況的前提下,在用水量和所需水壓變化較大的情況下,可選用多臺(tái)性能不同的水泵組合運(yùn)行,但臺(tái)數(shù)多、型號(hào)多、管理麻煩。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、 揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等;根據(jù)不同的工作原理可分為 容積水泵、葉片泵等類(lèi)型。 容積泵是利用其工作室容積的變化來(lái)傳遞能量; 葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來(lái)傳遞能量,有 離心泵、 軸流泵和 混流泵等類(lèi)型。凱泉泵業(yè)由此可見(jiàn),若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn),則可連續(xù)吸水、壓水,水便可源源不斷地從低處揚(yáng)到高處或遠(yuǎn)方。綜上所述,離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下,將水提向高處的。也可考慮多臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)運(yùn)行與單臺(tái)水泵獨(dú)立運(yùn)行相結(jié)合的方式方法,選泵時(shí)應(yīng)選擇(xuanze)在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)水泵的工況點(diǎn)接近最高效區(qū)的左邊界,水泵在單獨(dú)運(yùn)行時(shí),工況點(diǎn)向右移動(dòng),仍可處在高效區(qū)運(yùn)行,這樣選擇的結(jié)果,可促使水泵在整個(gè)工況變化范圍內(nèi)的運(yùn)行效率都較高。這種方式,同樣也因臺(tái)數(shù)多,管理麻煩。因此,在水泵供水系統(tǒng)中,采用其他多種節(jié)能措施是非常必要的。
  3 水泵適應(yīng)流量、揚(yáng)程變化的調(diào)節(jié)方式
  按照最大工況選泵,與實(shí)際運(yùn)行工況相差較大,降低水泵效率。為此,運(yùn)行中根據(jù)工況中流量與揚(yáng)程的變化進(jìn)行水泵運(yùn)行工況的調(diào)節(jié),常用的調(diào)節(jié)方式有下列幾種。
  3.1 流量調(diào)節(jié)
  3.1.1 減少閥門(mén)的開(kāi)啟度
  這是生產(chǎn)中常采用的調(diào)流方式方法。當(dāng)水泵的工作揚(yáng)程高于管路所需要的水壓時(shí),為滿足管路的要求,減小水泵出水閥門(mén)的開(kāi)啟度,使閥門(mén)增加的水頭損失恰好等于某供水量時(shí)水泵揚(yáng)程與管路所需壓力之差,改變管路的特性來(lái)符合相應(yīng)供水量時(shí)水泵的揚(yáng)程。該調(diào)節(jié)方法使大量的電能損失在最大化減少閥門(mén)開(kāi)啟度而產(chǎn)生的阻尼上,使工況在水泵的特性曲線上向左移動(dòng),降低了系統(tǒng)(system)運(yùn)行效率,多耗了電能。
  3.1.2 多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行
  如前所述,在用水量變化較大的供水系統(tǒng)(system)中,設(shè)置多臺(tái)同型號(hào)或多臺(tái)不同型號(hào)的泵并聯(lián)工作,通過(guò)調(diào)節(jié)水泵的臺(tái)數(shù)進(jìn)行流量調(diào)節(jié),以適應(yīng)管網(wǎng)對(duì)水量變化的要求。這種運(yùn)行方式,臺(tái)數(shù)不能太多,這不僅因臺(tái)數(shù)太多帶來(lái)管理麻煩,降低運(yùn)行效率,而且會(huì)增加水泵的開(kāi)停次數(shù),縮短設(shè)備的使用壽命,這種方式不能連續(xù)調(diào)節(jié)流量變化,也不能用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)變化。
  3.2 水泵特性調(diào)節(jié)
  3.2.1 調(diào)節(jié)水泵葉片的安裝角度
  在安設(shè)軸流泵(Axial flow pump)或混流泵時(shí),可利用這種泵的葉片可調(diào)性,使其工作參數(shù)隨葉片安裝角而變化,從而改變水泵的特性。水泵葉片的安裝角度增大,流量增大,水泵的效率也增高。但泵站的綜合效率不一定高,要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。其調(diào)節(jié)方式方法有全調(diào)節(jié)和半調(diào)節(jié)兩種,全調(diào)節(jié)在水泵運(yùn)行中利用調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。半調(diào)節(jié)是在水泵停止運(yùn)行時(shí),進(jìn)行葉片安裝角度的調(diào)節(jié)。
  3.2.2 車(chē)削葉輪直徑或更換不同直徑的葉輪
  改變?nèi)~輪直徑可改變水泵的性能。根據(jù)流量的變化,計(jì)算出水泵高效運(yùn)行時(shí)滿足工況要求的葉輪直徑,如果工況長(zhǎng)期穩(wěn)定,只車(chē)削一次即可。如果工況是隨著季節(jié)的變化而變化的,可配備不同直徑的葉輪,進(jìn)行更換。這種方式受葉輪直徑變化范圍(fàn wéi)的限制。用這種方式代替調(diào)節(jié)閥(使用材料:鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)門(mén)開(kāi)啟度的流量調(diào)節(jié)方式,可節(jié)省能耗,但只適用于變化不太大的工況。
  3.2.3 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速
  利用改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或改變電動(dòng)機(jī)和水泵的速比可改變水泵的特性,使之適應(yīng)供水系統(tǒng)工況變化幅度較大的情況。實(shí)踐證明(zhèng míng),調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法具有良好的節(jié)能效果,可簡(jiǎn)化和便于泵房設(shè)備(shèbèi)的調(diào)度,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
  4 水泵的調(diào)速特性及節(jié)能原理
  上述各種調(diào)節(jié)方式中,用調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,是降低能耗的最好方式。原因是在改變水泵的轉(zhuǎn)速時(shí)且轉(zhuǎn)速變化在±20%范圍(fàn wéi)內(nèi),保持泵體內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)相似的話,那么泵體內(nèi)的水流速度與轉(zhuǎn)速成正比,流量與轉(zhuǎn)速比成正比,揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比。軸功率(指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少)與轉(zhuǎn)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為額定轉(zhuǎn)速,Q0為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的流量,H0為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程,N0為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的軸功率,為調(diào)速后的轉(zhuǎn)速,Q為n轉(zhuǎn)速時(shí)的流量,H為n轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程,N為n轉(zhuǎn)速時(shí)的軸功率。
  由式
  (1)、式
  (2)換算后可以得到下式
  H = (H0/Q022)Q2
  式中 H是水泵運(yùn)行中任何一工況點(diǎn)的揚(yáng)程
  Q是水泵運(yùn)行中任何一工況點(diǎn)的流量
  當(dāng)在最佳工況點(diǎn)時(shí),H0/Q0是特定條件為H0、Q0時(shí)的特定常數(shù)。指額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程與流量之比。
  由式
  (4)可以看出,它是以座標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)的拋物線方程,在這條拋物線上的各點(diǎn)工況相似,可稱為相似工況拋物線,在轉(zhuǎn)速變化為±20%的范圍(fàn wéi)內(nèi),泵的效率可基本不變,也叫高效率拋物線。
  凈揚(yáng)程不變的單泵調(diào)速節(jié)能原理。Q-H曲線為單泵額定轉(zhuǎn)速為n0時(shí)的特性曲線,Q'-H'曲線為單泵轉(zhuǎn)速為n時(shí)的特性曲線,Q-Σh曲線為管路特性曲線,A點(diǎn)是水泵選泵的工況點(diǎn),A點(diǎn)對(duì)應(yīng)著Q
  A、H
  A、ηA,是選泵的主要參數(shù)。由管路特性曲線Q-∑h決定水泵實(shí)際運(yùn)行中的工況點(diǎn)必定在水泵特性曲線的最佳工況點(diǎn)0左右移動(dòng)。若管網(wǎng)要求滿足A’點(diǎn)的工況,對(duì)應(yīng)的參數(shù)是QA'、HA'、ηA";由圖2見(jiàn)到ηA"≤ηA,效率降低了。根據(jù)式
  (4)及QA'、HA'二參數(shù),可以繪制出相似工況拋物線OB,交Q-H曲線于B點(diǎn),又得到QBHBηB三參數(shù),根據(jù)相似工況下水泵的流量與轉(zhuǎn)速比成正或揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比得到在A’運(yùn)行時(shí),計(jì)算出水泵的轉(zhuǎn)速n,=(QA'/QB)n0,水泵在n轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,就可以得到滿足工況QA'、HA'運(yùn)行時(shí)的效率ηA'。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的 機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來(lái)輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。ηA'>ηA"。這就是改變轉(zhuǎn)速后,還能高效運(yùn)行的原理。
  Q-H曲線為額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的水泵特性曲線,Q'-H'曲線為轉(zhuǎn)速n時(shí)的水泵特性曲線,Q-∑h曲線為管路在凈揚(yáng)程為h時(shí)的特性曲線,Q'-∑h'曲線為管路在凈揚(yáng)程為h’時(shí)的特性曲線,A點(diǎn)是水泵運(yùn)行的最佳工況點(diǎn),A點(diǎn)對(duì)應(yīng)著Q
  A、H
  A、ηA三參數(shù),是選泵的主要參數(shù);實(shí)際上水泵運(yùn)行中常常出現(xiàn)的凈揚(yáng)程小于h,為h';在h'時(shí)的水泵工況點(diǎn)為B,水泵的運(yùn)行效率由ηA降到ηB,此時(shí)增加了能耗。上海凱泉泵業(yè)集團(tuán)有限公司是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的 機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來(lái)輸送液體包括 水、油、酸堿液、 乳化液、懸乳液和 液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。若把水泵的轉(zhuǎn)速由n0調(diào)節(jié)到n時(shí),根據(jù)上述調(diào)速后水泵的特性變化公式,可以算出Q'-∑h'管路特性曲線上的任何一點(diǎn)的轉(zhuǎn)速,得到調(diào)速后的水泵特性曲線,Q'-H';該曲線與Q'-∑h'曲線交點(diǎn)A';即滿足管路工況要求,又使調(diào)速后的水泵運(yùn)行在高效點(diǎn)ηA’上。ηA'=ηA>ηB。
  從以上兩個(gè)原理圖可以看出,水泵調(diào)速之后,可以得到對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)速下的新的最佳工況。不調(diào)速時(shí),只有一個(gè)最佳工況點(diǎn),調(diào)速后得到一條最佳工況線,不調(diào)速時(shí)有一條水泵運(yùn)行最佳工況段,調(diào)速后得到一個(gè)牛角形的最佳工況面(一般調(diào)速范圍≯60%為宜)。這樣,水泵運(yùn)行適應(yīng)工況的范圍擴(kuò)大了,水泵容易在最佳工況區(qū)運(yùn)行,最大化減少能耗。
        水泵廠家品牌分類(lèi)及使用范圍