供水系統(tǒng)中常用的水泵節(jié)能技術(shù)分析

1．新型高效水泵替換技術(shù)

大量建設(shè)較早的供水系統(tǒng)中，仍然存在并運(yùn)行著效率低，但能耗、故障率、維修量等較高的老式水泵，針對(duì)此類(lèi)水泵進(jìn)行節(jié)能技術(shù)應(yīng)用，主要是在擴(kuò)大水泵容量的同時(shí)，選擇更加新型高效的水泵系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行替換，此類(lèi)節(jié)能水泵的應(yīng)用，節(jié)能性較為突出，通常投資回報(bào)率可以達(dá)到50％~70％左右，而且替換過(guò)程對(duì)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(jī)械三元流動(dòng)理論為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，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(zhuǎn)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(shè)水體流速的三元空間坐標(biāo)，然后對(duì)其進(jìn)行無(wú)線(xiàn)分割，在對(duì)水泵葉輪各工作點(diǎn)進(jìn)行具體分析的基礎(chǔ)上，建立可以反映葉輪流體流動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合數(shù)學(xué)模型可以設(shè)計(jì)出保證葉輪內(nèi)部所有水體質(zhì)點(diǎn)流速分布滿(mǎn)足節(jié)能需要的水泵葉輪葉片的具體結(jié)構(gòu)。因此，在供水系統(tǒng)中，應(yīng)用此類(lèi)節(jié)能水泵，實(shí)質(zhì)上是對(duì)傳統(tǒng)水泵系統(tǒng)進(jìn)行改型。

為保證新型高效節(jié)能水泵在應(yīng)用后，既可以達(dá)到節(jié)能的預(yù)期目的，又可以滿(mǎn)足供水系統(tǒng)的實(shí)際需要。替換前，要先對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的診斷與分析，避免替換失敗或替換后水泵的運(yùn)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(rèn)識(shí)到供水系統(tǒng)中水泵節(jié)能的重要性，并采取一定節(jié)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(tǒng)原設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生偏離，有可能導(dǎo)致水泵的運(yùn)行環(huán)境與設(shè)備不匹配，反而使水泵供電能耗增加。此時(shí)若要達(dá)到整體的節(jié)能效果，就需要對(duì)供水系統(tǒng)中偏離設(shè)計(jì)參數(shù)的葉輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢鞲脑?，以此保證供水流量和壓力處于水泵運(yùn)行的最佳狀態(tài)范圍內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的預(yù)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(xiàn)節(jié)能1O％～15％左右。

需要注意的是，水泵葉輪切削改造技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，由于以較低效區(qū)工況點(diǎn)向高效區(qū)工況點(diǎn)轉(zhuǎn)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(yùn)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(duì)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(yùn)行和變徑調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，這說(shuō)明變頻器在水泵電機(jī)調(diào)速的過(guò)程中應(yīng)用具有較強(qiáng)的節(jié)能效果；后者主要通過(guò)增加管網(wǎng)壓力、調(diào)整局部水力損失實(shí)現(xiàn)，此種節(jié)能技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)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(jié)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(yīng)用節(jié)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(diào)速裝置技術(shù)

變級(jí)、電磁、變頻、調(diào)壓、液力耦合器等多類(lèi)型的調(diào)速裝置在供水系統(tǒng)水泵節(jié)能中應(yīng)用，均可以實(shí)現(xiàn)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(xiàn)節(jié)能的效果，此項(xiàng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的原理與部分水泵葉輪切削改造技術(shù)的節(jié)能原理基本一致，只是采用的具體節(jié)能方式有所調(diào)整，其建立在改變轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上。

例如，在節(jié)能的過(guò)程中，選用永磁磁力耦合調(diào)速驅(qū)動(dòng)器對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，將該調(diào)速裝置的銅轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分別安裝于水泵的發(fā)動(dòng)機(jī)軸和水泵負(fù)載轉(zhuǎn)軸上，在前者受發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，會(huì)與后者產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，相對(duì)運(yùn)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(yīng)磁場(chǎng)，推動(dòng)磁轉(zhuǎn)子按照相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，必然對(duì)負(fù)載側(cè)輸出軸產(chǎn)生一定的扭矩，扭矩的大小與銅轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)安裝的間距具有密切的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

此類(lèi)節(jié)能技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，不僅可以獲得較顯著的節(jié)能效果，而且由于應(yīng)用的調(diào)速裝置通常使用壽命較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，所以在使用的過(guò)程中，對(duì)后期維護(hù)的依賴(lài)性較低，對(duì)保證供水系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性具有積極的作用。

供水系統(tǒng)中應(yīng)用水泵節(jié)能技術(shù)的選擇

上文中闡述的三種水泵節(jié)能技術(shù)，在供水系統(tǒng)中均得到較廣泛的應(yīng)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(tǒng)應(yīng)用水泵節(jié)能技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)該如何選擇的新問(wèn)題。筆者認(rèn)為，在進(jìn)行應(yīng)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(shè)計(jì)和應(yīng)用的過(guò)程中，如果會(huì)產(chǎn)生規(guī)律性的變化，建立在調(diào)整轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)上的變頻改造技術(shù)應(yīng)用的效果較為理想，但在工況運(yùn)行較穩(wěn)定的情況下如果繼續(xù)應(yīng)用此技術(shù)，雖然在提升水泵運(yùn)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(hù)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(qiáng)。

(2)在供水系統(tǒng)工況運(yùn)行穩(wěn)定，并且運(yùn)行工況不超出設(shè)計(jì)工況范圍1/5的情況下，采用部分葉輪切削技術(shù)的應(yīng)用可以達(dá)到較好的節(jié)能效果，但在工況超出此范圍的情況下，如繼續(xù)應(yīng)用此技術(shù)，可能會(huì)對(duì)供水系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，所以不宜選用。

(3)隨著新型高效水設(shè)計(jì)水平的不斷提升，新型高效水泵相比傳統(tǒng)水泵在運(yùn)行效率方面的優(yōu)越性越來(lái)越明顯，但相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家我國(guó)仍存在一定的差距，所以要提升供水系統(tǒng)水泵的節(jié)能效果，應(yīng)有意識(shí)的采用新型高效水泵替換技術(shù)。

(4)隨著變頻技術(shù)的不斷完善，在條件允許的情況下，在水泵系統(tǒng)中合理的應(yīng)用變頻器，也是水泵節(jié)能途徑的較好選擇，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，變頻器的合理應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)水泵節(jié)能20％~30％。