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【摘 要】自来水厂是能耗大户，电耗主要消耗在水泵的运行上。要想降低水厂的运行电耗，首要任务就要想办法提高水泵的运行效率，减少无谓的能耗，此外对二级泵站的水泵的几种流量调节方式从能量消耗的角度上进行了分析，同时对二级泵站中水泵的变频调速系统控制过程进行了分析，并且针对实际应用中应注意的问题进行了归纳总结。
【关键词】厂水泵；能源消耗；节能
1.积极实施泵站控制技术
对泵站的参数（例如流量、压力或液位）进行控制，一是为了满足生产的工艺要求，二是可以尽量减少能量的浪费。目前人们经常使用的方法有：一是使用调速装置调节水泵的转速；二是通过大小泵搭配；三是阀门控制；四是调节水泵叶片角度的调节方式；五是通过回流或泻放的调节方式。
从多年的实践中体会到，虽然各种方式都可以实现满足工艺条件下的调节和控制，但是不同的控制方式或是同一种控制方式下不同的控制策略都可能会带来不同的耗电效果，这里有一个耗电最低（优化）的运行方法和方式。为了得到这个最佳的结果，就必须对泵站的电耗因素进行定量研究，之所以提到定量而不是定性，是因为只有定量才可能对节能改造的经济性和实现性作出判别，这就是泵站量化节能技术的本质所在。
在传统的净水厂设计中，进行送水泵选型时，首先考虑水泵应满足最不利工况点的要求，即以供水管网的最高日最高时用水量和压力来计算水泵的设计流量和设计扬程。根据此法选型的水泵虽满足了最不利工况点的要求，却忽略了对能耗的考虑。改变水泵的工况点，通常可通过两条途径来实现：一是调速运行，即通过改变水泵的转速，来改变水泵的运行曲线，使水泵的出水压力与管网实际所需一致，从而达到节能的目的。
2.改造原有水泵的技术指标
我国的水厂长期以来，采用了各种类型的水泵。在不完全以新代旧的前提下，对现有设备进行技术改造势在必行。根据工作情况的变化合理地选用新型叶轮，是改善泵组运行提高效率的一个重要途径。为此，根据实际运行的需要，合理选用新型叶轮。叶轮切削改造技术是水泵节能改造技术中最简便可行、最有效的一种方法，在水厂的改造中得以广泛应用。在水厂的改造中，无论是水泵选型，还是实施叶轮切削改造，均应根据供水管网的实际所需，以管网用水的平均流量、平均压力作为水泵的设计流量和设计扬程进行选泵或叶轮切削计算，同时兼顾大流量和小流量两个工况点均处于水泵的高效区间内。通过改造，水泵实际运行效率将大大提高，可大大降低能耗，不失为供水企业节能增效的重要举措。
水泵控制阀是水厂一、二级泵房运行机组的重要组成部件，是安装在水泵出口处一种水锤防护装置，它的主要作用是在停泵时防止水倒流和机组高速倒转，避免可能由此造成水泵运行机组的损坏。目前许多水厂，特别是一些中、小型老水厂普遍采用手动控制阀，止回阀，电磁闸阀或电动液压蝶阀来控制和解决水泵机组停机时的水锤问题，但实践证明，这种种方法对于水泵的安全运行还存在着诸多的不足，如手动控制阀就不能有效地控制因突然停电，控制阀不能及时关闭造成外管路介质对水泵机组的水锤冲击；电磁、电动液压控制的装置，由于电控部分电器元件配置复杂，且容易受到温度、湿度、频频动作等影响，出现故障的机率不可避免就会增多，液压装置出现堵塞、泄漏现象亦在所难免，何况电动液压蝶阀中的主阀板更是在一定程度上影响着介质的输送。所以及时制造一种全过程自动操作的新型水力阀门，无需外接压力水便能够自动实现水泵控制阀的缓开和缓闭是一亟待解决的重要问题。
3.积极进行水泵的更新换代
在水厂设计中，进行水泵选型时，应对水泵的运行工况进行排列分析，从水厂的投产初期、中期至达到设计规模，以及不同季节的供水量要求，和每日的供水量曲线等，都应有较深入的了解，以此来指导选用水泵，才能达到既满足供水要求，又能节约能耗的目的。因此，推广高效节能水泵质量技术先进，不仅在节能措施上获得显著的节能效果，其低噪音和低振动技术使水泵运行时，不产生环境污染，节能水泵还装有优质机械密封，彻底根除了水泵轴向渗漏现象，有效地减少了水泵维修保养的工作时间，提高了设备使用寿命。
现在，我国已经开发了大量的水泵更新换代产品。目前一些水泵厂正在生产多种高效节能多用途水泵。由泵体、叶轮和泵轴组成，配合电机实施，泵体内设有自吸叶轮腔和离心叶轮腔两个叶轮腔，并通过泵盖隔开，腔内分别置有离心叶轮和自吸叶轮，自吸叶轮和离心叶轮装在同一泵轴上，进水管与离心叶轮腔相通。本发明具有自吸泵和离心泵的双重功能，只需在离心泵初次启动前，将泵内注满液体即可，省力、省时间、操作方便。在动力不变的情况下，其扬程、泵效、流量等技术性能相对已有单一泵都有很大提高，且耗能低、体积小。如博山水泵制造厂生产的DL 多级立式泵被国家经贸委评为国家级新产品，被机械部列为全国第十七批節能产品，深受国内外用户的好评。
4.改变厂水泵变频调速控制系统的基本设计
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：公式（1）：n=60 f（1-s）/p，公式（2）：P=T*n/9550，由上公式（1）和（2）可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率 f，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。
目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的。系统主要由四部分组成：（1）控制对象（2）变频调速器（3）压力测量变送器（PT）（4）调节器（PID）。系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的 4～20mA 标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为 380V/50Hz 的交流电变成输出为 0～380V/0～400Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。
5.自来水厂水泵变频调速应用的注意事项
水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速 50%，最好处于 75%～100%，并应结合实际经计算确定。
5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响
理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。
5.2 定速泵对调速范围的影响
实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况：
5.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。
5.2.2不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
6.结语
优化水泵的运行效果、提高效率、降低电耗，方法是多样的，不同的水厂可根据自身的特点选择合理的方法，或者创造有利的条件来达到优化目的。但节能工作的道路也是漫长的，需要我们不断地去摸索和总结。只要我们能够持之以恒，一定能把节能工作做好。
参考文献：
[1]刘殿魁.供水泵站节能改造的新途径，给水排水，2011年第3期.
[2]姚福来.泵站节能改造的回收期计算，节能，2013年，第2期.
作者简介：
周太忠（1974.4—），男，现工作于桂林市自来水公司，职称：助理工程师。
【关键词】厂水泵；能源消耗；节能
1.积极实施泵站控制技术
对泵站的参数（例如流量、压力或液位）进行控制，一是为了满足生产的工艺要求，二是可以尽量减少能量的浪费。目前人们经常使用的方法有：一是使用调速装置调节水泵的转速；二是通过大小泵搭配；三是阀门控制；四是调节水泵叶片角度的调节方式；五是通过回流或泻放的调节方式。
从多年的实践中体会到，虽然各种方式都可以实现满足工艺条件下的调节和控制，但是不同的控制方式或是同一种控制方式下不同的控制策略都可能会带来不同的耗电效果，这里有一个耗电最低（优化）的运行方法和方式。为了得到这个最佳的结果，就必须对泵站的电耗因素进行定量研究，之所以提到定量而不是定性，是因为只有定量才可能对节能改造的经济性和实现性作出判别，这就是泵站量化节能技术的本质所在。
在传统的净水厂设计中，进行送水泵选型时，首先考虑水泵应满足最不利工况点的要求，即以供水管网的最高日最高时用水量和压力来计算水泵的设计流量和设计扬程。根据此法选型的水泵虽满足了最不利工况点的要求，却忽略了对能耗的考虑。改变水泵的工况点，通常可通过两条途径来实现：一是调速运行，即通过改变水泵的转速，来改变水泵的运行曲线，使水泵的出水压力与管网实际所需一致，从而达到节能的目的。
2.改造原有水泵的技术指标
我国的水厂长期以来，采用了各种类型的水泵。在不完全以新代旧的前提下，对现有设备进行技术改造势在必行。根据工作情况的变化合理地选用新型叶轮，是改善泵组运行提高效率的一个重要途径。为此，根据实际运行的需要，合理选用新型叶轮。叶轮切削改造技术是水泵节能改造技术中最简便可行、最有效的一种方法，在水厂的改造中得以广泛应用。在水厂的改造中，无论是水泵选型，还是实施叶轮切削改造，均应根据供水管网的实际所需，以管网用水的平均流量、平均压力作为水泵的设计流量和设计扬程进行选泵或叶轮切削计算，同时兼顾大流量和小流量两个工况点均处于水泵的高效区间内。通过改造，水泵实际运行效率将大大提高，可大大降低能耗，不失为供水企业节能增效的重要举措。
水泵控制阀是水厂一、二级泵房运行机组的重要组成部件，是安装在水泵出口处一种水锤防护装置，它的主要作用是在停泵时防止水倒流和机组高速倒转，避免可能由此造成水泵运行机组的损坏。目前许多水厂，特别是一些中、小型老水厂普遍采用手动控制阀，止回阀，电磁闸阀或电动液压蝶阀来控制和解决水泵机组停机时的水锤问题，但实践证明，这种种方法对于水泵的安全运行还存在着诸多的不足，如手动控制阀就不能有效地控制因突然停电，控制阀不能及时关闭造成外管路介质对水泵机组的水锤冲击；电磁、电动液压控制的装置，由于电控部分电器元件配置复杂，且容易受到温度、湿度、频频动作等影响，出现故障的机率不可避免就会增多，液压装置出现堵塞、泄漏现象亦在所难免，何况电动液压蝶阀中的主阀板更是在一定程度上影响着介质的输送。所以及时制造一种全过程自动操作的新型水力阀门，无需外接压力水便能够自动实现水泵控制阀的缓开和缓闭是一亟待解决的重要问题。
3.积极进行水泵的更新换代
在水厂设计中，进行水泵选型时，应对水泵的运行工况进行排列分析，从水厂的投产初期、中期至达到设计规模，以及不同季节的供水量要求，和每日的供水量曲线等，都应有较深入的了解，以此来指导选用水泵，才能达到既满足供水要求，又能节约能耗的目的。因此，推广高效节能水泵质量技术先进，不仅在节能措施上获得显著的节能效果，其低噪音和低振动技术使水泵运行时，不产生环境污染，节能水泵还装有优质机械密封，彻底根除了水泵轴向渗漏现象，有效地减少了水泵维修保养的工作时间，提高了设备使用寿命。
现在，我国已经开发了大量的水泵更新换代产品。目前一些水泵厂正在生产多种高效节能多用途水泵。由泵体、叶轮和泵轴组成，配合电机实施，泵体内设有自吸叶轮腔和离心叶轮腔两个叶轮腔，并通过泵盖隔开，腔内分别置有离心叶轮和自吸叶轮，自吸叶轮和离心叶轮装在同一泵轴上，进水管与离心叶轮腔相通。本发明具有自吸泵和离心泵的双重功能，只需在离心泵初次启动前，将泵内注满液体即可，省力、省时间、操作方便。在动力不变的情况下，其扬程、泵效、流量等技术性能相对已有单一泵都有很大提高，且耗能低、体积小。如博山水泵制造厂生产的DL 多级立式泵被国家经贸委评为国家级新产品，被机械部列为全国第十七批節能产品，深受国内外用户的好评。
4.改变厂水泵变频调速控制系统的基本设计
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：公式（1）：n=60 f（1-s）/p，公式（2）：P=T*n/9550，由上公式（1）和（2）可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率 f，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。
目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的。系统主要由四部分组成：（1）控制对象（2）变频调速器（3）压力测量变送器（PT）（4）调节器（PID）。系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的 4～20mA 标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为 380V/50Hz 的交流电变成输出为 0～380V/0～400Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。
5.自来水厂水泵变频调速应用的注意事项
水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速 50%，最好处于 75%～100%，并应结合实际经计算确定。
5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响
理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。
5.2 定速泵对调速范围的影响
实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况：
5.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。
5.2.2不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
6.结语
优化水泵的运行效果、提高效率、降低电耗，方法是多样的，不同的水厂可根据自身的特点选择合理的方法，或者创造有利的条件来达到优化目的。但节能工作的道路也是漫长的，需要我们不断地去摸索和总结。只要我们能够持之以恒，一定能把节能工作做好。
参考文献：
[1]刘殿魁.供水泵站节能改造的新途径，给水排水，2011年第3期.
[2]姚福来.泵站节能改造的回收期计算，节能，2013年，第2期.
作者简介：
周太忠（1974.4—），男，现工作于桂林市自来水公司，职称：助理工程师。