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，針對此類水泵進(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，選擇更加新型高效的水泵系統(tǒng)對其進(jìn)行替換，此類節(jié)能水泵的應(yīng)用，節(jié)能性較為突出，通常投資回報率可以達(dá)到50％~70％左右，而且替換過程對成本和技術(shù)的依賴性較小。

新型高效水泵通常以葉輪機(jī)械三元流動理論為設(shè)計的基礎(chǔ)，所謂三元流動理論即考慮到水體在水泵葉輪中勻速流轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的流速會受到具體流線、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)，然后對其進(jìn)行無線分割，在對水泵葉輪各工作點進(jìn)行具體分析的基礎(chǔ)上，建立可以反映葉輪流體流動狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合數(shù)學(xué)模型可以設(shè)計出保證葉輪內(nèi)部所有水體質(zhì)點流速分布滿足節(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)用此類節(jié)能水泵，實質(zhì)上是對傳統(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，又可以滿足供水系統(tǒng)的實際需要。替換前，要先對供水系統(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)實踐后，水場的壓力和供水量等會逐漸與系統(tǒng)原設(shè)計參數(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。此時若要達(dá)到整體的節(jié)能效果，就需要對供水系統(tǒng)中偏離設(shè)計參數(shù)的葉輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢鞲脑欤源吮ＷC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，通過部分水泵葉輪切削改造，可以實現(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)用的過程中，由于以較低效區(qū)工況點向高效區(qū)工況點轉(zhuǎn)移為直接目的，而水泵特性曲線和管路特性曲線是決定水泵運(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)實質(zhì)上就是對兩種曲線進(jìn)行改變的過程。

前者目前主要依靠變速運(yùn)行和變徑調(diào)節(jié)實現(xiàn)，這說明變頻器在水泵電機(jī)調(diào)速的過程中應(yīng)用具有較強(qiáng)的節(jié)能效果；后者主要通過增加管網(wǎng)壓力、調(diào)整局部水力損失實現(xiàn)，此種節(jié)能技術(shù)雖然可以實現(xiàn)工況點的理想位移，但在實際操作的過程中，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，所以在實際條件允許的情況下，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的過程中，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際比值相同。

3．增加調(diào)速裝置技術(shù)

變級、電磁、變頻、調(diào)壓、液力耦合器等多類型的調(diào)速裝置在供水系統(tǒng)水泵節(jié)能中應(yīng)用，均可以實現(xiàn)保持原有供水管路曲線特征的前提下，改變水泵性能曲線，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能的效果，此項節(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)能的過程中，選用永磁磁力耦合調(diào)速驅(qū)動器對轉(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)動機(jī)軸和水泵負(fù)載轉(zhuǎn)軸上，在前者受發(fā)動機(jī)帶動運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會與后者產(chǎn)生相對運(yùn)動關(guān)系，相對運(yùn)動過程中會在交變磁場作用下生成渦流，進(jìn)而形成感應(yīng)磁場，推動磁轉(zhuǎn)子按照相同的方向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的過程中，必然對負(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)而實現(xiàn)對整體轉(zhuǎn)速的調(diào)整。

此類節(jié)能技術(shù)在應(yīng)用的過程中，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，結(jié)構(gòu)較簡單，所以在使用的過程中，對后期維護(hù)的依賴性較低，對保證供水系統(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)的過程中，應(yīng)該如何選擇的新問題。筆者認(rèn)為，在進(jìn)行應(yīng)用選擇的過程中，主要考慮以下幾個方面：

(1)供水流量壓力等工況在設(shè)計和應(yīng)用的過程中，如果會產(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產(chǎn)生一定的作用，但改造成本和后期維護(hù)成本均會大幅的提高，所以受實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)，可能會對供水系統(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)越性越來越明顯，但相比西方發(fā)達(dá)國家我國仍存在一定的差距，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)計數(shù)據(jù)顯示，變頻器的合理應(yīng)用，可以實現(xiàn)水泵節(jié)能20％~30％。