李宏志
天津市蓟州区水利水保试验示范基地.天津市蓟州区.301900
摘要：加压泵站是供水中最重要的环节，本文分析了变频调速频率的特性，对水泵的变频技术进行了研究，以期为相关人员提供参考。
关键词：加压泵站；变频水泵；优化选择；初探
引言
供水的水资源一般为湖泊和水库，并且在供水中受季节因素的影响。因此，在加压泵站一般采用最高日流量作为设计流量。在加压泵站安装变频水泵，可以有效的以提高泵站的工作效率[1]。
1变频水泵的概述和分类
水泵是一种通过能量转换实现机械运动的吸水设备，其工作原理是将机械能转化为液体使用的动能，通过转换后的效果来达到改善输送目的。对于叶片泵的抽气是通过高速旋转来得以转换实现的。 根据叶轮工作的水体流动方向，叶片泵的类型可分为径向流型、轴流型和斜流型。使用径向流叶轮的水泵通常会被称为离心泵，轮内的流体主要受运行设备离心力的影响。 带有轴流泵称为轴流泵。在设备运行中，轴向升力，而液体主要流入叶轮。斜流叶轮泵称为混流泵，是以上两种叶轮的过渡。液体在流经叶轮时受到离心力的影响，也受轴向高度的影响。容积泵运行中的传递压力是通过运行改变容积来实现的。在改变水泵容积方式 中，有前后往复式和旋转式两种。往复泵包括正排量泵和转子泵等形式。其他水泵指除传统使用的叶片泵和容积泵所使用以外的泵。并且相关的其他水泵有螺杆泵、水轮机泵和所使用的空气提升泵。在这些泵中，除螺杆泵利用螺杆驱动来增加液体的势能外，其他泵都是利用液体或空气流动的动能来输送液体。这些泵用于特殊的生产和生活连接[2]。
2水泵的基本原理
水泵的应用原理和性能是指泵在运行中产生的流量和扬程，以及所使用的流量和效率，或给定转速下的使用什么是。 对于水泵节流调节功能是通过调节阀门的应用功能来改变管道的阻力，以调节水体流量。水泵的工作能力是指其对吸排放水体的流量与扬程、轴功率与效率和给定速度下的余量等功能打标。水泵的调节，一般是通过阀门改变管道内的水体流动阻力特性，以达到调节管道内水体流量的目的，即对水泵提供更多的运行能量来克服更大的阻力。但由于效率不高，会造成大量能源的浪费。运行台数的设置方法主要用于定速泵和多台机组。机组切换泵组合用于在运行中调节系统流量。改变机组方式，当系统管道遇到特殊情况时，可以通过打开和关闭阀门，改变机组连接方式来调节系统流量。变速调节对于装有变频泵的泵站，通过调节泵速来改变泵的性能，改变水泵运行的工况点，该方式是目前使用最多的技术方法。因此，对于以离心泵为取水泵站，采用变速设置，选择工作机组的数量，改变串联和运行方式的设置，对于运行机组并联是经济合理的。水泵机组的主要作用是将水从水源输送到反应池，在应用中，泵加压配水系统源水与反应池需要高度接近，水泵出水是水源的反应。通过长水管进入水箱。与反应槽的高度差比较大，水泵需要从水源抽水进入反应器，此时扬程主要以净扬程为主，管道阻力损失可忽略不计。此外，另一种是水源与反应槽的高度差比较大，距离也比较长。水泵需要通过长水管将水抽到反应池[3]。
3水泵变频分析
某工程新建的泵站都是大流量、中扬程，并且使用了单级双吸卧式离心泵。一级取水泵站安装了6台混流泵。泵的主要参数差异较大，所以下级泵站泵的选择应根据一级泵来考虑，并且需要运行技术经济性合理。根据泵站的设计，梯级泵站之间的水流顺序应合理。不应使用阀门调节流量，如果一级泵站进水量大，而下级泵站抽水能力不足，下级泵站的水池造成了造成资源浪费。一级泵站不能满足泵站能效设计。
如果用阀门来调节设备运行中的流量，阀门产生的过流特性与设备的开度有关。流量特性包括快开流量特性、线性流量特性和抛物线特性。泵站的阀门通常为闸阀、球阀或蝶阀。对于蝶阀的运行流量接近等效百分比质量，闸阀的接近线性，球阀的在启闭阶段是线性的。当阀门用于调节流量时，闸阀只能在全开下运行，而且运行中不能用于调节相关的流量。蝶阀和球阀的安装运用中只有在阀门开度处于在中间水平状态时才具有一定的使用特性，但运行中的启闭阶段是线性特性，并且蝶阀开度很小时，蝶板变形将非常严重。水流造成蝶受力不均，易形成裂纹，因此在实际的工作中不宜直接用蝶阀、球阀。在改变管路特性曲线时，阀门的水阻力也会增加。虽然达到了流量调节的目的，但部分能量都被消耗了。超过阀门和泵出口阀门的压降，在流量调节中可能同时发生压力升高，并且也难以控制其协同运作，无法控制阀门的稳定性。变频不改变管道的曲线，是通过改变水泵来进行调节。操作具有一定的安全性，并且可以看出节能和安全使用中具有一定的应用优势[4]。
4水泵变频调速运行的泵站流量适配
当流体流过水泵时，扬程与叶轮速度和外径有关。在选择变频水泵时，泵的外径通常是固定的，并且很难调整。通过调节水泵的转速，改变泵的流量和轴功率，满足降低流量的要求。水泵的转速通过变频器改变输入功率来改变电机的转速，从而调节变频水泵的转速来进行流量调节。当水泵机组转速设定高于原转速时，水泵叶轮和电机转子的离心电压会升高。如果材料在铸造中抗裂性或不均匀性较差，就会发生机械损伤。严重时叶轮会出现飞裂。因此，变频水泵通常不会以更高的速度运行。当转速低于额定转速时，转速下降会导致压力下降。当降至额定转速，压力降至设计压力。建议变频水泵在运行转速下降不超过额定的25%。当泵的速度超过一定的设计值时，实测效率曲线与理论曲线在重合。因此，在采用变速时，变频调速的下降率应不小于额定转速的20%。实际做变频曲线时，采用等效率法计算水泵的运行曲线，保证变频水泵的运行点仍处于高压区。在实际运行中，首先得到工频运行时泵的标称工作点，并利用单台泵的特性曲线和管道的特性曲线。在交点处求标称工作点A的参数，得到工作点和工作头的标称流量参数。然后可以知道各变频曲线下泵工作点的参数。泵站2泵组的一台大泵和第二泵站3泵组的一台大泵都装有变频器来调节合适的流量。关于4个工况下工作流的调整，考虑到机组的组合运行，工况只允许2泵中的1台大泵运行。通过由4台水泵进行分析,并以4个不同总流量,当水位变化时,水泵不同台数进行联合调节的最佳方式。因此，并不是在任何工况下水泵台数越少越好[5]。
结束语
综上所述，随着变频水泵技术的逐步采用和泵站节能要求的日益重要，变频技术在泵站中的应用越来越普遍。本文根据加压泵站的运行特点和要求，分析了水泵的基本原理，并讨论了水泵变频调速运行的泵站流量适配。分析了下级泵站的电源频率和变频泵的曲线，以确保下游泵站的变频与上游泵站的流量相匹配，达到调节泵站流量的目的。合理确定调节泵的供水流量，使变频水泵运行稳定。通过某水泵站的变频水泵研究，可为在供水系统变流量运行时的节能提供一定的参考。另外,作为节能措施,在水泵站中关于泵的并联台数和调速应引起设计部门的重视。
参考文献：
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[2]卢智涛,刘金平,刘雪峰,陈法祥.基于次优解群的冷冻水泵组设计方法及适应性分析[C].中国制冷学会.2013中国制冷学会学术年会论文集.中国制冷学会:中国制冷学会,2013:133.
[3]刘洪海,李鸿敬,李明,周冬冬,田宇.变频调速恒压供水系统中小流量水泵及气压水罐的选择[J].中国给水排水,2012,28(16):37-40.
[4]罗德庭.发电厂凝结水泵变频改造方案选择及电气闭锁逻辑设计介绍[J].科技创新与应用,2012(12):36-37.
[5]胡思科,贾雪景,郭克寅.提水泵站变频调速下多泵运行台数的合理选择[J].中国给水排水,2011,27(05):43-46.