青草沙水庫(kù)長(zhǎng)興泵站運(yùn)行模式探討

奚培榮 李國(guó)俊

摘 要：本文介紹單級(jí)臥式雙吸離心泵效率的計(jì)算方法，闡述影響離心泵效率的因素。結(jié)合青草沙水庫(kù)長(zhǎng)興泵站在不同運(yùn)行模式下的實(shí)際工況，參照國(guó)標(biāo)，根據(jù)機(jī)泵運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算水泵及變頻器運(yùn)行效率，核算水泵選配電機(jī)功率。比較長(zhǎng)興泵站在不同運(yùn)行模式下，機(jī)泵運(yùn)行的效率、泵口壓力及流速。繼而判斷水泵是否運(yùn)行在高效區(qū)內(nèi)，選擇合適的運(yùn)行模式，兼顧安全與節(jié)能，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。通過不同運(yùn)行模式的比較，將其他運(yùn)行模式作為技術(shù)儲(chǔ)備，科學(xué)合理地安排長(zhǎng)興泵站的運(yùn)行管理。

關(guān)鍵詞：離心泵 水泵效率 比轉(zhuǎn)速 軸功率 運(yùn)行模式

中圖分類號(hào)：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目中課題編號(hào)為14231200401項(xiàng)目?jī)?nèi)論文

0 前言

泵站擔(dān)負(fù)著城市生產(chǎn)和生活供水的重要任務(wù)，在運(yùn)行過程中消耗了大量電能。提高泵站的運(yùn)行效率，可以節(jié)省日常運(yùn)行的能耗。但在泵站運(yùn)行中，供水量并不是一成不變的，泵站不可能始終處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。通過運(yùn)行方式的改變，使水泵盡量運(yùn)行在高效區(qū)。

1 離心泵軸功率與電機(jī)功率

離心泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于存在容積損失（泄露損失）、水力損失（水流在水泵內(nèi)的摩阻、沖擊損失）和機(jī)械損失（轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪和泵軸同固定泵殼等軸承的摩擦損失），造成了水泵效率的降低。

1.1 水泵效率

水泵效率是指泵的有效功率和軸功率之比。即。泵的功率通常指輸入功率，即原動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率，故又稱軸功率，用P表示。

（1）

有效功率即泵的揚(yáng)程和質(zhì)量流量及重力加速度的乘積，用Pe表示。

（4）

ρ—泵輸送液體的密度（kg/m3）

g—重力加速度（m/s2）

H—提升液體高度（m）

Q—流量（m？/h）

1.2配套的電機(jī)功率

（2）

式中：N電機(jī)—配套電機(jī)功率（kw）

K—備用系數(shù)

N軸—水泵軸功率（kw）

備用系數(shù)也稱富裕系數(shù)，它考慮了電機(jī)的機(jī)械效率等因素，其值隨軸功率而異，一般可查表獲得，見表1。

表1 K值的取值

N軸（kw）

<1

1～2

2～5

5～10

10～25

25～60

60～100

>100

K

1.7

1.7～1.5

1.5～1.3

1.3～1.25

1.25～1.15

1.15～1.1

1.1～1.08

1.08～1.05

2 離心泵的效率

2.1離心泵的效率標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《離心泵效率》GB/T13007-2011規(guī)定了離心泵的效率標(biāo)準(zhǔn)，見表2。需要說明的是表2中A欄數(shù)值為水泵效率最高點(diǎn)，B欄數(shù)值為高效區(qū)臨界點(diǎn)效率，超出臨界點(diǎn)，水泵效率下降很快。表中的效率值是比轉(zhuǎn)速在ns=120～210的數(shù)值。

表2 單級(jí)離心泵效率

Q，m？/h

1000

1500

2000

3000

4000

5000

6000

7000

η

A

85.7

86.6

87.2

88

88.6

89

89.2

89.5

B

78.7

76.6

77.2

78

78.6

78.9

79.2

79.4

2.2 比轉(zhuǎn)速

水泵的比轉(zhuǎn)速是體現(xiàn)水泵性能的重要參數(shù)，它與流量Q、揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n有關(guān)，對(duì)于離心泵而言，比轉(zhuǎn)速在120～210之間時(shí)，水泵效率最高。

比轉(zhuǎn)速ns計(jì)算公式：

（3）

式中：Q—流量（m？/s）

H—揚(yáng)程（m）

n—轉(zhuǎn)速（r/min）

從公式（3）可知，比轉(zhuǎn)速隨揚(yáng)程H增大而減小，隨流量增大而增大，說明低比轉(zhuǎn)速時(shí)，水泵揚(yáng)程高、流量??；而高比轉(zhuǎn)速時(shí)，水泵流量大、揚(yáng)程低。

3 水泵效率計(jì)算

3.1 配套電機(jī)的選取

實(shí)例 青草沙水庫(kù)長(zhǎng)興泵站采用臥式中開雙吸離心泵，轉(zhuǎn)速為740轉(zhuǎn)/分，流量為3418m？/h，水泵設(shè)計(jì)效率88.2%，揚(yáng)程為15.8m，求其水泵效率、軸功率和電機(jī)功率。

（1）求比轉(zhuǎn)速ns

（2） 查《離心泵效率》中修正值ns=332，=3%（查GBT 13007-2011，因比轉(zhuǎn)速ns取值范圍為20～300，我們?nèi)”绒D(zhuǎn)速ns=300的對(duì)應(yīng)修正值3%）

則

（3） 因此軸功率

查配套電機(jī)功率

長(zhǎng)興泵站水泵配套電機(jī)功率為200kw，與我們的計(jì)算值較為接近。

3.2 不同運(yùn)行模式的比較

運(yùn)行模式1（單泵單管） 青草沙水庫(kù)長(zhǎng)興泵站某時(shí)采用單泵單管運(yùn)行，調(diào)頻30hz，流量2380m？/h，揚(yáng)程4.8m，求此工況時(shí)水泵效率、軸功率。

（1）

（2）查得此工況下，變頻器輸出功率為37.6kw。

（3） 則此工況下水泵效率

（4） 查得此工況下，斷路器輸出功率為44kw，則變頻器效率為

（5）從電源輸入→變頻器→電動(dòng)機(jī)→水泵→出水，整個(gè)供水工藝的總效率為，計(jì)算結(jié)果見表3

表3 單泵單管運(yùn)行模式效率計(jì)算值

有效功率Pe 變頻器功率 P變頻器 水泵效率η 變頻器效率η 總效率η

31.1kw 37.6kw 82.7% 85.5% 70.7%

運(yùn)行模式2（雙泵單管） 青草沙水庫(kù)長(zhǎng)興泵站某時(shí)采用雙泵單管運(yùn)行，兩臺(tái)機(jī)泵調(diào)頻均為23hz，流量2170m？/h，揚(yáng)程4.2m，此工況時(shí)水泵效率、軸功率。

根據(jù)上述計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果見表4

表4 雙泵單管運(yùn)行模式效率計(jì)算值

有效功率Pe 變頻器功率 P變頻器 水泵效率η 變頻器效率η 總效率η

24.8kw 16.4*2 75.6% 78.1% 59.1%

運(yùn)行模式3（雙泵雙管） 青草沙水庫(kù)長(zhǎng)興泵站某時(shí)采用雙泵雙管運(yùn)行，兩臺(tái)機(jī)泵調(diào)頻分別為21hz、22hz，流量2344m？/h，揚(yáng)程分別為3.36m、3.57m，此工況時(shí)水泵效率、軸功率。

根據(jù)上述計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果見表5

表5 雙泵雙管運(yùn)行模式效率計(jì)算值

有效功率Pe 變頻器功率 P變頻器 水泵效率η 變頻器效率η 總效率η

22.1kw 27kw 81.8% 83.1% 68%

目前長(zhǎng)興水廠需水量穩(wěn)定在48000m？/d，與設(shè)計(jì)供水規(guī)模相差較大。三種不同運(yùn)行模式下，流量、流速、壓力計(jì)算值，見表6

表6不同運(yùn)行模式下流量、流速、壓力計(jì)算值

流量（m？/h） 流速（m/s） 壓力（m）

單泵單管 2380 0.58 4.8

雙泵單管 2170 0.53 4.2

雙泵雙管 2344 0.29 3.36

DN1200×2原水輸水管能夠滿足各種工況的原水供應(yīng)要求，各工況下的流速基本在合理范圍內(nèi)。但長(zhǎng)興支線2根DN1200原水管線若同時(shí)運(yùn)行，則流速太小，原水管線內(nèi)容易產(chǎn)生淤積。

3.3 運(yùn)行模式的比較

通過對(duì)上述三種不同運(yùn)行模式下，水泵效率、變頻器效率、流速等的計(jì)算。水泵高效區(qū)范圍大致在水泵最高效率的90%，按照目前供水水量，只有單泵單管運(yùn)行模式下達(dá)到水泵高效區(qū)；由于長(zhǎng)興泵站配套變頻器為260kw，目前因供水量較小，機(jī)泵負(fù)載較輕，整流損耗、逆變損耗占比較多，造成了變頻器效率較低（一般效率為90%～95%）。三種運(yùn)行模式優(yōu)缺點(diǎn)見表7

表7 方案比較表

運(yùn)行模式

比較

運(yùn)行模式1

（單泵單管）

運(yùn)行模式2

（雙泵單管）

運(yùn)行模式3

（雙泵雙管）

優(yōu)點(diǎn)

1、水泵效率高

2、較為節(jié)能

供水可靠性高

1、供水可靠性高

2、水泵及變頻器

效率相對(duì)較高

缺點(diǎn)

突發(fā)跳電故障，

將導(dǎo)致短時(shí)斷水，安全可靠性低。

1、水泵及變頻器

效率較低

2、為防止形成管道內(nèi)死水，需隔天換泵換管運(yùn)行。

管道內(nèi)流速太低（0.28m/s），容易造成管道淤積。

綜上，隨著今后水量增加，水泵負(fù)載增大，變頻器效率也將得以提高。作為供水企業(yè)，供水安全性、可靠性應(yīng)擺在首位。

通過比較，認(rèn)為運(yùn)行模式3（雙泵雙管）較為合適。

參考文獻(xiàn)

[1] 《離心泵效率》GB/T 13007-2011

[2] 馬信國(guó)，選泵中效率計(jì)算問題—選泵的節(jié)能技術(shù)

[3] 上海城投原水有限公司原水調(diào)度中心，《長(zhǎng)興支線調(diào)試方案》