摘要：供水系統調節方式的節能選擇探討。

　　關(guān)鍵詞：供水系統情調節方式 節能選擇

　　1　系統的調節方式

　　1.1　關(guān)閘調節和變速調節

　　送水泵房的任務(wù)是要滿(mǎn)足管網(wǎng)中用戶(hù)對水量、水壓的要求。在管網(wǎng)中無(wú)水塔或高位水池的情況下，任何時(shí)刻二級泵站的供水量應等于用水量。由于管網(wǎng)用水量每時(shí)每刻都在變化，而水泵的搭配和分級是有限的，因此需對管道或水泵進(jìn)行調節以滿(mǎn)足用戶(hù)水量、水壓的要求，關(guān)閘調節和水泵變速調節是兩種有效的調節方式。關(guān)閘調節使能量浪費在閘門(mén)上，由于送水泵房運行費占水廠(chǎng)制水成本的50%以上，因而能量的浪費很可觀(guān)。一般來(lái)說(shuō)，水泵變速調節和關(guān)閘調節相比，能量節約了14.1%.

　　1.2　水塔或高位水池調節

　　水塔或高位水池調節是傳統而有效的調節方式。當管網(wǎng)中建有水塔或高位水池時(shí)，二級泵站每小時(shí)供水量可不等于用水量，但每天總供水量仍等于用水量。此時(shí)，水泵工作分為二級到三級。只要選泵合理，可使水泵一直在節能狀態(tài)下工作。因而，水塔或高位水池調節不會(huì )引起水泵能量的浪費。

　　從以上分析可知，水泵變速調節只是系統的一種調節方式，同水塔和高位水池調節相比，它可以省去水塔或水池，但要求泵站和管網(wǎng)按最高日、最高時(shí)流量設計。同時(shí)，清水池的容積也要比水塔或水池調節時(shí)大。另外，先進(jìn)的調速設備如變頻調速設備一般需要進(jìn)口，價(jià)格較為昂貴。因此，到底采用那種調節方式，需通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較后才能確定，不能盲目認為變速調節就一定節能。例如，當管網(wǎng)中水塔和水池的調節容積足夠時(shí)，使用變速調節并不能起到節能目的。

　　2　水泵調速的節能原理

　　由離心泵的基本方程式可知，水流通過(guò)水泵時(shí)，比能（揚程）的增值與葉輪的轉速和外徑有關(guān)。降低轉速和減小輪徑，都可以降低水泵的揚程。這一原理是水泵調速的理論基礎。

　　水泵裝置的工況點(diǎn)是指水泵供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個(gè)點(diǎn)，也就是水泵特性曲線(xiàn)（曲線(xiàn)①）與管道特性曲線(xiàn)（曲線(xiàn)②）的交點(diǎn)，如A點(diǎn)。當水泵特性曲線(xiàn)和管道特性曲線(xiàn)改變時(shí)，都會(huì )引起工況點(diǎn)的轉移。

　　對定速泵來(lái)說(shuō)，當流量由QA變?yōu)镼B時(shí)，水泵特性曲線(xiàn)①不變，管道特性曲線(xiàn)變?yōu)榍�線(xiàn)③，工況點(diǎn)因此成為C點(diǎn)，相應的揚程為HC.對變速泵來(lái)說(shuō)，如要求流量由QA變?yōu)镼B，可通過(guò)改變水泵轉速，使曲線(xiàn)①變?yōu)榍�線(xiàn)④，此時(shí)管道特性曲線(xiàn)仍為②，工況點(diǎn)則變?yōu)锽點(diǎn)，對應揚程為HB.因此，直觀(guān)地說(shuō)，變速泵節約的揚程為（HC-HB）。當然，選擇水泵時(shí)應校核水泵的調速范圍是否合理。

　　3　設計舉例

　　3.1定速與調速節能比較

　　某水廠(chǎng)設計規模20×104 m³/d，24 h逐時(shí)用水量變化資料已知。根據管網(wǎng)平差結果，要求該水廠(chǎng)出水水壓滿(mǎn)足：

　　H=40+1.8Q²

　�。�1）選SULZER501—500泵（n=1 470 r/min）3臺。方案1為全部采用定速泵，方案2采用2臺變速、1臺定速，比較兩方案節能效果。

　　1.用水量變化曲線(xiàn)

　　2.二級泵站設計供水線(xiàn)

　　從泵譜圖上求得泵特性曲線(xiàn)方程為：H=81-17Q²

　�。�2）則二泵并聯(lián)后特性曲線(xiàn)方程為：H=81-4.25Q²

　�。�3）三泵并聯(lián)H=81-1.9Q²

　�。�4）分別聯(lián)立（1）（2）、（1）（3）、（1）（4）得出：

　　Q1=1.477 m³/s=5 316 m³/h

　　Q2=2.6 m³/s=9 372 m³/h

　　Q3=3.33 m³/s=12 000 m³/h

　　因而，對方案1，按以下原則調度：

　　Q≤Q₁時(shí)，開(kāi)泵1臺；

　　Q₁<Q≤Q₂時(shí)，開(kāi)泵2臺；

　　Q₂<Q≤Q₃時(shí)，開(kāi)泵3臺。

　　對方案2，則按如下原則操作：

　　Q≤Q₁時(shí)，開(kāi)變速泵1臺；

　　Q₁<Q≤Q₂時(shí)，開(kāi)變速泵2臺；

　　Q₂<Q≤Q₃時(shí)，開(kāi)1臺定速泵，2臺變速泵。

　　利用用水量逐時(shí)變化資料，計算每一時(shí)刻各方案所消耗的電能。

　　方案1某小時(shí)所耗電能為：

　�。�5）方案2同一時(shí)刻所耗電能應分為兩部分，即定速泵耗電加上變速泵耗電，即：

　�。�6）經(jīng)計算，方案2比方案1節能14.1%，每年節電205×104 kW*h.

　　本設計需要的最大調速比：

　　3.2　水塔與泵調速節能比較

　　泵調速范圍為1 156～1 470 r/min.若系統中水塔或高位水池的調節容積足夠（經(jīng)計算，調節容積需大于13 100 m³），假定管路系統不變，水泵分兩級工作。20時(shí)至次日5時(shí)一級供水，供水量為5 560 m³/h；5時(shí)至20時(shí)二級供水，供水量為1×104 m³/h.選取SULZER602—720泵（n=980 r/min）2臺，水泵葉輪切削一檔，泵特性曲線(xiàn)方程為H=106.5-26.7Q².一級供水時(shí)開(kāi)泵1臺，工況點(diǎn)為（5 560，44）；二級供水時(shí)開(kāi)泵2臺，工況點(diǎn)為（10 000，55）。

　　經(jīng)計算1 d內能耗為：　33285 （kW.h/d）

　　可見(jiàn)，經(jīng)水塔調節后耗能比變速調節還要少921 kW.h/d.

　　4　結論

　�、佟∷�泵變速調節是一種有效的調節方式，節電效果明顯。但應通過(guò)經(jīng)濟技術(shù)比較后才能確定是否選用。

　�、凇‘敼芫W(wǎng)中有水塔或高位水池時(shí)，應充分利用這些調節構筑物的調節能力。

　�、邸∷�泵調速后的節能計算可以用數解法依據用水量逐時(shí)變化曲線(xiàn)求得。

　�、堋」芫W(wǎng)24 h逐時(shí)用水量變化資料是水泵優(yōu)化配備的重要依據，各城市和水廠(chǎng)要注意整理這方面的資料，作為以后改擴建的依據。