变频调速技术在水泵控制系统中的应用

一、前言：

水泵是城市给水系统中最主要的耗能设备，根据对多个送水泵房中运行水泵的调查发现，大多数水泵的实际运行扬程小于水泵的铭牌扬程，有的甚至相差30%以上。因此导致了水泵运行效率降低，能源浪费严重，电机时常超负荷运行，产生这种现象的原因除市政基础设施应具有超前性、水量预测偏大以外，选泵方法不合理、水泵搭配不当也是重要原因之一。

目前给水管网大都为无水塔直供管网，现有规范规定按最高日最高时流量来计算扬程选泵，而在最高时以外的绝大多数工况下，其所需扬程低于最高时计算扬程。而当最高时工况下的水泵工作点在高效区时，则水泵在平时大部分时间工况点将会移至高效区之外，从而水泵运行效率较低，造成能量的浪费。改进的方法是选择水泵时，其扬程依据主要应以平均时用水量来计算扬程，水泵台数不宜太少且应不同型号的水泵相互搭配。本文将通过实例来探讨如何恰当选用水泵降低能耗以适应城市用水量变化的需求。

二、实例：

某一水厂原设计供水能力10万M3/日，送水泵房选用5台单级双吸中开式离心泵，分别为RDL500—790AIS水泵3台，水泵扬程57.5M，流量3084M3/h，配用电机功率630KW；14sh—9B水泵2台，水泵扬程55M，流量1080M3/h，水泵效率78%，配用电机功率250KW；目前城市实际需水量在2.6---3.6万M3/日之间，小时流量在1600M3/h--3000M3/h之间，水泵出口压力在0.4MPa左右，时流量在2000M3/h左右全年有8个月时间。

1、存在问题：由于原设计水量偏大，目前平时一般是开1台小的水泵即14SH—9B即可满足需求，由于原设计水泵扬程偏高，实际需求扬程较低(出厂压力0.40MPa)，当水泵出口阀门全部打开管网压力低时，水泵小时流量可达到1600M3/h，产生汽蚀现象，水泵效率严重偏离高效区，并且电机超负荷运行，电机发热，极易发生烧坏电机现象。当需水量达到1700--2000M3/h时，就必须开2台小的14SH—9B水泵，这时2台水泵全部要关小出口阀门的办法来进行流量调节，以满足管网压力需求，这时2台水泵效率极低，大量的能量消耗在阀门上，并且阀门损坏严重。

2、解决问题的办法：首先我们对14SH—9B进行改造，在不更换原有电机的前提下，重新选用1台KQSN400-N13水泵扬程45M，流量1632M3/h，水泵效率87%，这样平时开1台水泵即可满足用水需求，并且水泵也能运行在高效区；再次对原来大的RDL500-790AIS水泵进行改造(此水泵没有安装配套电机)，更换1台KQSN600-M13水泵扬程42M，流量2980M3/h，水泵效率85%，配用电机450KW，并且在此机组上安装变频调速装置，以适应各种用水量变化的需求，通过以上改造，完全可以适应今后3--5年内城市用水变化的需求。

3、能量消耗计算：

依据供水水量的不同，在扬程40M的条件下，根据水泵的性能曲线，电机效率按92%计算，按照公式W＝QH/102η(KWh)分别计算改造前后水泵的单耗，计算结果见表，从表中可以看出改造前后的效果。

式中Q——泵站出水量(L/s)；

H——水泵的实际运行扬程(M)；

η——水泵综合效率，η=η1·η2

η1——水泵运行效率；

η2——水泵电机效率；

四、结论

根据以上计算分析结果，提出如下合理选择水泵的原则：

1、目前我国绝大多数城镇供水管网均不设水塔，由泵站直接供应满足用户用水需求，为了适应不同用水量的需求，选用水泵台数不宜太少，且应大小型号水泵合理搭配，实行阶梯式供水，以保证城市用水需求。

2、采用大小型号水泵搭配，小型号水泵流量应为大泵流量的40%～60%，太小或太大都会使水泵不同组合间的水量阶梯不均匀，从而降低水泵运行效率。

3、在可能的情况下对电机尽量采用调速装置，并且调速装置应安装在较大的机组上，调速的范围应控制在60%--100%之间。