水泵节能技术在水厂中的应用

摘 要：随着我国城市规模的不断扩大及对供水需求量的增加，对已有的水泵进行改造，降低水泵能耗，提高水泵的运行效率，已经成为国内各水厂所共同关注的问题。本文结合实际工作经验，对水厂中的水泵节能技术进行了探讨，希望可为同行提供参考借鉴。

关键词：水泵 节能技术 水厂

1、水泵节能技术应用的重要性

在水厂的实际运行中，水泵在最不利工况点运行的时间相对较少，绝大部分时间是在平均流量和平均扬程工况附近运行，甚至长期在低扬程大流量工况运行，这样水泵有可能长时间偏离高效区间运行。而当前进行水厂送水泵选型时，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满足了最不利工况点的要求，却忽略了对能耗的考虑。在实际生产中，为确保水泵的安全运行，也为使水泵运行于高效区间内，有的只能通过控制出水阀门来改变管道特性曲线，从而改变水泵的运行工况点，虽然水泵安全运行于高效区间内，却致使大量的能量消耗在阀门上，造成电能很大的浪费。水泵是水厂供水系统中的一个重要设备，也是系统最大的一个耗能点，为节约能耗，有必要对送水泵实施节能改造，水泵节能技术改造主要是通过改变水泵的运行工况点，使水泵始终运行于高效区间内，且运行工况与管网实际所需一致。

2、水厂水泵节能技术

2.1 水泵变频调速技术

水泵的参数包括压力、流量、功率等，其中对水泵流量进行控制和调节，是降低水泵能耗的一个重要措施。近年来变频调速技术被广泛应用在水泵等流体机械上，对水泵的流量和转速进行的变速调节，在保证供水量的情况下，水泵转速越快，输出流量越大，反之则减少，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，这种方法可有效降低系统不必要的耗损。在供水系统中变频调速采用两种供水方法：一是变频恒压变流技术，二是变频变压变流技术。前者应用广泛，后者技术结构更为合理，控制难度相对较大。恒压供水方式就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过恒压变量变频调速技术保持供水泵房总出水管压力不变，以达到改变水泵出水量的方式。变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动，当流量变化时，转速随时调工况点。变压供水理论上避免流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定。水泵变频恒压变量供水较传统供水方式节能20%，水泵变频变压变量供水较传统供水方式节能35%。根据不同的供水特点和不同的使用场所，可选择不同方式以发揮各自的优势，恒压变量方式供水压力基本恒定，在水量波动幅度小、用水压力基本不变的工业企业生产供水系统较适用。水泵变压变量方式适用于日水量变化大、管网复杂的城镇生活供水系统，目前该方法在国内一些水厂得以应用，且取得了很好的经济效益，但变频调速设备造价较高，且调速设备的维修技术要求高。

2.2 水泵过流部件涂敷技术

目前在国内外已开发出的多种表面涂敷技术，应用于不同的流体领域，这些新材料各有特点，通过调研，以下为常用的几种适用于供水行业的涂敷材料和其表面粗糙度，改性聚乙烯0.54μm、1341超光滑金属涂层0.078μm、玻璃钢表面2.15μm和碳钢表面16.07μm。表面粗糙度较好的1341金属涂敷技术可用于饮用水的涂层系统，经检验达到美国国家卫生组织（ANS/NSF61）标准，并符合英国供水规定第25款中的饮用水标准。由于该材料具有的特殊性能，若在供水泵上使用，一方面可有效降低液体对叶轮外缘的摩擦，以及泵壳间液体做涡流运动产生的轮阻损失，即有效降低水泵的机械损失；另一方面可有效提高泵体内壁及叶轮过流部分的表面粗糙度，从而有效降低液体流经泵体内各部位的沿程摩擦损失，并减少流道表面涡流的产生，降低冲击损失，达到降低水泵水力损失的效果。两方面综合作用的结果是可提高水泵产量，降低运行电流，降低耗用功率，达到节能降耗的目的。

2.3 水泵叶轮切割技术

叶轮切削是改变水泵性能的一种简单易行的方法，在水厂的改造中已得到了广泛的应用。改技术的原理是经过切削的叶轮其特性曲线会按一定规律发生变化，根据切削后的运行参数，计算切削量，改变叶轮的外径，使水泵特性曲线按要求发生变化，从而使水泵运行于与管网实际所需一致的高效区间内，达到节能的目的。叶轮切割就是把叶轮的外径切削得稍小一些。经过切削后的叶轮，其特性曲线就按一定的规律发生变化。切割叶轮是改变水泵性能的简便易行的方法。实践证明，在一定条件下，离心泵的性能参数流量Q、扬程H、轴功率N与叶轮外径存在下列比例定律：Q2/Q1=D2/D1；H2/H1=（D2/D1）2；N2/N1=（D2/D1）3，其中，Q2、H2、N2为叶轮外径切削后的流量、扬程、轴功率，Q1、H1、N1为叶轮外径切削前的流量、扬程、轴功率。当叶轮的切削量控制在一定范围内时，水泵在叶轮切削前后的效率可视为不变，水泵的叶轮切削量与水泵的比转速的关系通过查阅相关标准规范获得。

2.4 新材料及新产品在水厂水泵中的应用

水泵耗能的控制，也可以考虑采用一些新材料和新技术，如：对水泵的壳内腔和叶轮表面进行喷砂修补后，再对叶轮表面均匀的喷涂两层泵增效节能涂料。水泵流道表面的气蚀部分，在经过喷砂修补、喷涂节能涂料处理后，壳内腔和叶轮表面已被完整修复，其运行及节能效果会有明显的提高。

水厂水泵的选型，要考虑到水厂建设的初次投产、中期生产、理论生产规模以及季节性供水量的需求等，保证选用的水泵能够达到水厂的建设目地。当前，高效节能型水泵的技术含量较高，不仅节能效果显著，而且在运行过程中，振动小且噪音低，其良好的机械密封性能，可以有效避免常规水泵轴向易出现渗漏的情况，降低水泵维修及保养的人力和财力投入，提高水泵的使用寿命。

2.5 其它节能技术

在保证供水量的情况下，对供水管路阀门的开启程度进行调节，阀门开启越大，流量越大，反之流量减少，但此类调解水泵转速不会发生变化；此外，对水泵的压力、功率等的控制方法，如：根据压力、流量对泵的叶轮进行切削、不同尺寸泵的搭配等，可以降低水泵电能损耗。

3、泵节能改造的工作程序

工作程序如下：现场调查装置情况、原泵运行流量、用户的改造要求等；开展原泵运行工况的分析，包括运行效率、改造的节能空间等，如没有或只有很小的节能空间，建议不要勉强改造；做出既满足技术要求、又经济合理且客户认可的改造方案；改造产品产成后，应先在制造厂试验验收，然后在现场调试验收。泵节能改造工作是一项技术性、可比性很强的工作，所以必须按照工作程序，慎重对待，实事求是地进行。

4、结束语

水泵的节能是一项系统工程，水泵整个系统的匹配对水泵性能的影响很大，应该以水泵节能为目标，综合水泵系统的各个方面、各个环节，使整个水泵系统能达到最好的匹配效果，发挥出最高的使用效率。水泵节能改造的成功与否，关键取决于透彻的现场调研。只有进行科学和实事求是的分析论证，大力推广节能技术，寻求因地制宜的解决方案，并逐一落实到位，才能获得显著效益。

参考文献

[1] GB/T 13007—2011，离心泵效率.

作者简介：杨结欣（1974年06月）男，汉族，大学专科，技术员，从事机械工程技术工作。