楊福才

　　在給水上調(diào)速水泵自從在天津試驗(yàn)成功且已應(yīng)用以后，已經(jīng)為國(guó)內(nèi)所接受，且已成為水廠建設(shè)和改造必須考慮的設(shè)備之一。通過(guò)國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠使用的情況來(lái)看，對(duì)于其選用條件及開停操作程序往往忽略。這樣做常會(huì)在使用上引起不良效果，甚至不但沒(méi)有效益，還會(huì)增加許多麻煩。
　　為了提醒采用此調(diào)速水泵的工作者的注意，提出就選用調(diào)速水泵容量、臺(tái)數(shù)及開停操作程序，重點(diǎn)的加以闡述。

　　一、調(diào)速水泵與恒速水泵容量大小影響

　　調(diào)速水泵（下稱調(diào)泵）和恒速水泵（下稱恒泵）容量大小相比，對(duì)水泵運(yùn)行有著很大的關(guān)系，下面分別敘述。
　　1、調(diào)泵容量相等于或小于恒泵容量
　　如圖1所示，調(diào)泵和恒泵在相等容量下組合運(yùn)行，按下列程序操作。

　　(1)先開調(diào)泵，從零到A，以調(diào)泵變換轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　(2)調(diào)泵開到A即滿轉(zhuǎn)，水泵流量接近A點(diǎn)時(shí)就須開恒泵。剛一開恒泵滿轉(zhuǎn)，為全速的特性曲線，流量到B點(diǎn)。但立即退回到需要點(diǎn)C。
　　(3)從A到B流量，即以調(diào)泵變速承擔(dān)。
　　(4)流量后退到D點(diǎn)時(shí)，AD一段調(diào)速曲線成水平線或趨近水平，由于AD段可來(lái)回?cái)[動(dòng)，很可能擺動(dòng)到A，一到A恒泵停轉(zhuǎn)，但流量稍大于A，又需要開恒泵，造成開停頻繁。
　　(5)為防止開停頻繁，使流量退到E停恒泵才好。但恒泵循本身曲線，在E點(diǎn)流量時(shí)，壓力須退到F，這時(shí)F點(diǎn)壓力大于設(shè)定壓力，而調(diào)泵則要根據(jù)壓力標(biāo)定要求，須將F點(diǎn)拉到E點(diǎn)，但恒泵則由于其特性曲張?zhí)攸c(diǎn)不能下降，這樣調(diào)泵就不得不空轉(zhuǎn)，造成斷流現(xiàn)象即締切。
　　調(diào)泵容量小于恒泵容量時(shí)，由于不穩(wěn)定區(qū)擴(kuò)大，增加頻繁開動(dòng)次數(shù)和由于滯流區(qū)增加締切時(shí)間更長(zhǎng)，使破壞性更加強(qiáng)烈。
　　2、調(diào)泵容量大于恒泵容量
　　如圖2所示，調(diào)泵容量大于恒泵容量組合運(yùn)行，按下列程序操作。

　　(1)先開調(diào)泵，以調(diào)泵變換轉(zhuǎn)數(shù)，從零到A運(yùn)行。
　　(2)調(diào)泵開到A即滿轉(zhuǎn)，流量接近A時(shí)就須開恒泵，這時(shí)流量到B點(diǎn)，但立即退到需要點(diǎn)C，從A到B都以調(diào)泵變換承擔(dān)。
　　(3)流量后退到D點(diǎn)時(shí)，D點(diǎn)在調(diào)泵的控制點(diǎn)，特性曲線尚在陡峭區(qū)，故無(wú)不平衡現(xiàn)象，流量在退到A點(diǎn)時(shí)，由于過(guò)A點(diǎn)還須開著恒泵，故不能關(guān)閉恒泵。
　　(4)流量后退至E點(diǎn)，這時(shí)可停恒泵，此時(shí)調(diào)泵還在起作用，故無(wú)締切現(xiàn)象。但調(diào)泵絕不能再退到F點(diǎn)以后才停恒泵，這樣就如第1種情況一樣，又會(huì)發(fā)生締切現(xiàn)象。
　　從上面情況可看到，調(diào)泵容量小于恒泵容量是不利的，所以可得出結(jié)論，在調(diào)泵與恒泵組合運(yùn)行時(shí)，每當(dāng)需要停一臺(tái)恒泵，只要待停的一臺(tái)恒泵容量小于繼續(xù)運(yùn)行的調(diào)泵（包括1臺(tái)調(diào)泵和若干此調(diào)泵能帶動(dòng)的恒泵，此種情況可以1臺(tái)大容量調(diào)泵看待）總?cè)萘繒r(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)不會(huì)發(fā)生締切現(xiàn)象，開停頻繁不平穩(wěn)情況也會(huì)減少。
　　美國(guó)紐約Placid湖村泵站用的4臺(tái)泵，有2臺(tái)調(diào)速（認(rèn)為1臺(tái)備用）、1臺(tái)恒速，功率都是125HP，流量1500gpm，另外尚有50gpm小泵，運(yùn)行時(shí)一般在1500gpm恒泵停開情況時(shí)，由于尚有1臺(tái)1500gpm調(diào)泵帶動(dòng)50gpm恒泵還在運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不會(huì)有締切發(fā)生。
　　天津石油化纖廠泵站設(shè)有260kw恒泵（Q=1260m3/h、H=54m）2臺(tái)，550kw調(diào)泵（Q=2900m3/h、H=52m）2臺(tái)（1臺(tái)備用），調(diào)泵容量大于恒泵容量，認(rèn)為是合理的。

　　二、調(diào)速水泵運(yùn)行壓力跌落影響

　　實(shí)際運(yùn)行時(shí)，一般調(diào)泵由于調(diào)速設(shè)備的影響，使調(diào)泵不能維持其預(yù)定的轉(zhuǎn)速，而使調(diào)速的壓力有一個(gè)非線性的跌落值。據(jù)有關(guān)資料推薦，調(diào)泵運(yùn)行，一般要保持要求的最大流量時(shí)的壓力時(shí)，則該泵流量為零時(shí)的設(shè)定壓力，要比該點(diǎn)要求的實(shí)際壓力約大10%。

　　由圖3的a、b、c圖（3b進(jìn)水虹吸水頭是變動(dòng)的）可以看到，在Q=0時(shí)，設(shè)定水頭為120ft，但為了將最大流量時(shí)丟失的水頭補(bǔ)上，則把Q=0時(shí)設(shè)定水頭增為132ft。同時(shí)在圖3中還可看到，水泵流量越大，其壓力下降值越多，也即水泵轉(zhuǎn)數(shù)減少越多。
　　因此，在應(yīng)用調(diào)泵時(shí)，一定要考慮水泵調(diào)速后的壓力損失（水泵轉(zhuǎn)數(shù)減慢），不然就會(huì)使調(diào)速的水泵，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)不到預(yù)定的壓力或者是流量的要求，這是需要密切注意的。
　　在天津石油化纖廠泵房調(diào)泵生產(chǎn)試運(yùn)轉(zhuǎn)及在調(diào)泵試驗(yàn)時(shí)，都可看到這種情況。該泵房調(diào)泵沒(méi)有進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速為970rpm，但投入調(diào)速后即降為930rpm。在天津的小型試驗(yàn)上，調(diào)泵比之同一型號(hào)的恒速電機(jī)帶動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的H-Q特性曲線也有明顯的下降。
　　美國(guó)Michata城水泵站的水泵投入生產(chǎn)的共有7臺(tái)，其中一臺(tái)調(diào)泵、6臺(tái)恒泵，每臺(tái)額定送水量25mgd，轉(zhuǎn)數(shù)900rpm，恒泵功率1820HP，調(diào)泵功率1885HP，調(diào)泵比恒泵功率高3.5%，認(rèn)為就是為了補(bǔ)償電機(jī)在調(diào)速狀態(tài)下，因?yàn)椴粶p低要求的水泵轉(zhuǎn)數(shù)而增加的功率。為了避免在使用調(diào)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，比該泵在恒速時(shí)要有的轉(zhuǎn)數(shù)減低，影響使用效果，甚至在出現(xiàn)大流量，不能達(dá)到給定壓力，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)情況，使能安全、可靠及有效的運(yùn)行，以達(dá)到預(yù)定的結(jié)果，建議選擇的調(diào)速電機(jī)，其功率要超過(guò)該電機(jī)用在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率的5%，或選泵時(shí)也可以考慮所選得的調(diào)泵H-Q選擇性曲線，要適于調(diào)速后合乎預(yù)定要求為妥當(dāng)。

　　三、調(diào)速水泵與恒速水泵共同運(yùn)轉(zhuǎn)開停操作

　　1、調(diào)泵開停操作，據(jù)有關(guān)資料介紹，一般情況是：
　　當(dāng)設(shè)三臺(tái)調(diào)泵（1臺(tái)備用），可用兩臺(tái)泵分擔(dān)運(yùn)行，即每臺(tái)泵各擔(dān)負(fù)最大進(jìn)水量50%；或兩臺(tái)泵錯(cuò)開運(yùn)行，即在低流量期間，僅有領(lǐng)先泵運(yùn)行，以后增加流量，直到兩臺(tái)泵共同運(yùn)行，其時(shí)領(lǐng)先泵在最高速度曲線上運(yùn)行，滯后泵在減低速度曲線上運(yùn)行。錯(cuò)開運(yùn)行方法耗費(fèi)功率比分擔(dān)運(yùn)行大，且易造成泵軸磨損。
　　當(dāng)兩臺(tái)調(diào)泵與一臺(tái)恒泵組合運(yùn)行時(shí)（一臺(tái)調(diào)泵備用），每臺(tái)調(diào)泵及恒泵容量各為最大進(jìn)水量的60%與40%。一臺(tái)調(diào)泵作為領(lǐng)先泵，當(dāng)進(jìn)水量稍大于60%時(shí)，恒泵開動(dòng)，輸送其40%的進(jìn)水量。當(dāng)進(jìn)水量降至55%以下時(shí)，恒泵停止運(yùn)行。調(diào)泵經(jīng)常每24小時(shí)輪換一次。
　　如4臺(tái)泵組合運(yùn)行，可選用兩臺(tái)調(diào)泵和兩臺(tái)恒泵。每臺(tái)調(diào)泵與恒泵容量各為泵站最大進(jìn)水量的45%與30%（一臺(tái)調(diào)泵備用）。
　　一臺(tái)調(diào)泵作為領(lǐng)先泵，當(dāng)進(jìn)水量超過(guò)45%時(shí)，一臺(tái)恒泵開動(dòng)。進(jìn)水量超過(guò)75%時(shí)，第2臺(tái)恒泵開動(dòng)。進(jìn)水量又降到70%左右時(shí)，第2臺(tái)恒泵停轉(zhuǎn)，進(jìn)水量降至40%左右時(shí)，第1臺(tái)恒泵停轉(zhuǎn)。在1臺(tái)或者2臺(tái)恒泵運(yùn)行周期終了，調(diào)泵經(jīng)常會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換一次。
　　3臺(tái)調(diào)泵和1臺(tái)恒泵組合運(yùn)轉(zhuǎn)，在4臺(tái)泵都送出同等水量，即35%進(jìn)水量時(shí)，一臺(tái)調(diào)泵作為領(lǐng)先泵，當(dāng)進(jìn)水量超過(guò)35%時(shí)，第2臺(tái)調(diào)泵開動(dòng)，兩臺(tái)調(diào)泵以同一轉(zhuǎn)速輸出同等速度運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)水量超過(guò)70%時(shí)，恒泵開動(dòng)。進(jìn)水量又降至65%時(shí)，恒泵停轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)水量降至30%進(jìn)水量時(shí)，滯后的調(diào)泵停轉(zhuǎn)。第3臺(tái)調(diào)泵為備用泵以替換運(yùn)行中的調(diào)泵或恒泵。
　　2、在天津石油化纖廠做的小型試驗(yàn)，用同為50TSW-7離心泵2臺(tái)（N=7.5KW、H=70-49m、Q=15-22m3/h、n=1450rpm），一臺(tái)調(diào)速，一臺(tái)恒速。在試驗(yàn)中看到，先以全轉(zhuǎn)速開調(diào)泵，再開恒泵，兩泵同時(shí)運(yùn)行，以后人為的減小流量，調(diào)泵轉(zhuǎn)數(shù)下降，直至調(diào)泵的揚(yáng)程特性低于設(shè)定壓力值后，調(diào)泵空轉(zhuǎn)不能向外送水，只有恒泵工作。在設(shè)定壓力下，先慢速開調(diào)泵，再開恒泵，看到調(diào)泵在尚未達(dá)到要求壓力情況時(shí)，調(diào)泵只能做無(wú)功的空轉(zhuǎn)，俟調(diào)泵轉(zhuǎn)速逐步上升達(dá)到要求壓力時(shí)，才向外送水，與恒泵共同工作。
　　先開恒泵，后以全轉(zhuǎn)速或慢轉(zhuǎn)速開調(diào)泵，與上述情況相同。
　　試驗(yàn)當(dāng)中，觀察到無(wú)論調(diào)泵、恒泵先開后開、調(diào)泵以全轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速先開后開，開停時(shí)都沒(méi)有振蕩現(xiàn)象，也無(wú)氣蝕發(fā)生。
　　從上述試驗(yàn)得到，在調(diào)泵與恒泵共同運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，雖然調(diào)泵先開后開、開啟時(shí)以全轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速開動(dòng)都可以，但認(rèn)為為了開啟方便，且避免調(diào)速不會(huì)發(fā)生壓力不夠原因，還是調(diào)泵以全轉(zhuǎn)速先開啟對(duì)節(jié)能與操作有利。
　　3、認(rèn)為可依據(jù)上述資料及試驗(yàn)情況，并結(jié)合以下方法進(jìn)行開停調(diào)泵操作。
　　調(diào)泵開停為，當(dāng)水泵在滿足規(guī)定壓力情況下，要求進(jìn)水量大于開著水泵的進(jìn)水量時(shí)，就應(yīng)該開泵。也可以根據(jù)開著水泵壓力的降落來(lái)定，當(dāng)水泵降落到要求規(guī)定壓力95-90%時(shí)，可以開泵。
　　停泵要求，一般是如果開著的水泵群減掉其中任一臺(tái)泵的進(jìn)水量，比要求的進(jìn)水量稍小時(shí)，就可以關(guān)閉要減掉的泵。但一般為避免頻繁開關(guān)，應(yīng)在要求的規(guī)定壓力下，于其進(jìn)水量的95-90%時(shí)關(guān)閉。例如開著3臺(tái)泵，其中一臺(tái)在要求壓力下，進(jìn)水量為1000 m3/h，時(shí)要關(guān)泵，則就在該泵容量900 m3/h或950 m3/h時(shí)關(guān)閉。
　　遇有水泵H-Q曲線扁平或吸水高度變化過(guò)大的情況，可采用位式法，考慮于進(jìn)水量在一定幅度范圍變動(dòng)時(shí)，允許水泵壓力也在規(guī)定的一個(gè)上下變化幅度范圍內(nèi)跟蹤移動(dòng)，而該情況時(shí)調(diào)泵轉(zhuǎn)數(shù)不變，以防開停過(guò)度頻繁的不平穩(wěn)現(xiàn)象，及阻止發(fā)生沖擊(purge)作用。
　　一般選泵條件是最好于開關(guān)一臺(tái)泵時(shí)，使此臺(tái)泵處于流量接近于零的情況越少越好（一般水泵于其最高流量30%以下運(yùn)轉(zhuǎn)情況，有時(shí)達(dá)50%都要盡量避免）。當(dāng)然調(diào)泵最好以等效率方式變更速度運(yùn)行。且選用的泵特性曲線陡直、靜水頭小、管線損失水頭曲線陡直都對(duì)調(diào)速運(yùn)行有利。

　　四、調(diào)泵水泵與恒速水泵臺(tái)數(shù)選擇

　　通過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，在調(diào)泵與恒泵組合中，調(diào)泵數(shù)量越多，節(jié)能越大，但設(shè)備費(fèi)用要大一些。
　　前面所述，調(diào)泵與恒泵組合開停操作，已提出4臺(tái)及以下的組合方式，5臺(tái)或以上的可以以下公式選取（包括備用的1臺(tái)調(diào)泵）。
　　一臺(tái)恒泵容量<100/恒泵臺(tái)數(shù)+1.5·%最大進(jìn)水量
　　一臺(tái)調(diào)泵容量>1.5×恒泵容量/調(diào)泵臺(tái)數(shù)-1·%最大進(jìn)水量
　　多臺(tái)調(diào)泵加到一起可作為一臺(tái)調(diào)泵看待。
　　一水泵站有恒泵3臺(tái)、調(diào)泵3臺(tái)（備用1臺(tái)）
　　一臺(tái)恒泵容量<100/3+1.5·%＝22%最大進(jìn)水量
　　一臺(tái)調(diào)泵容量>1.5×22/3-1·%＝16.5%最大進(jìn)水量
　　調(diào)泵2臺(tái)容量之和2×16.5=33%>22%（恒泵容量）
　　一水泵站有恒泵1臺(tái)、調(diào)泵2臺(tái)（備用1臺(tái)）
　　一臺(tái)恒泵容量<100/1+1.5·%=40%最大進(jìn)水量
　　一臺(tái)調(diào)泵容量>1.5×40/2-1·%=60%最大進(jìn)水量
　　從上推算，所列公式對(duì)少于5臺(tái)泵組合的也可適用。
　　本文章是依據(jù)調(diào)速水泵試驗(yàn)報(bào)告、生產(chǎn)運(yùn)行資料及結(jié)合一些國(guó)內(nèi)外論文寫成的。不當(dāng)之處請(qǐng)予以指正。（本文也可考慮應(yīng)用于排水泵站）

　　主要參考資料
　　1、單臺(tái)變速泵與單臺(tái)恒速泵并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)報(bào)告　　天津市自來(lái)水公司、天津電傳所等(1979-9)
　　2、Mago-Gottliebson，P·E：Explore the use of variable speed water booster pumps part I-Ⅲ　water and sewage eng(1978　5-7)
　　3、Mago-gottliebson，P·E：Learn more about variable speed pumping part I-Ⅱ　water and waste eng(1977　9-10)
　　4、Glenn，A、Barlis：Variable speed pumping system for sewage treatment tacilities part I-Ⅱ,water and sewage works(1973　7-8)
　　5、楊福才：關(guān)于在給水上應(yīng)用調(diào)速水泵一些問(wèn)題的初步看法天津市土木工程學(xué)會(huì)1982年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集
　　6、楊福才：調(diào)泵水泵在給水排水設(shè)計(jì)上的應(yīng)用　中南給水排水(1989-1)

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天津市自來(lái)水公司科學(xué)技術(shù)情報(bào)站
一九九二年十二月