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摘要：对于供水企业而言，其制水成本的40%以上由其电费产生；随着节能法的颁布和实施，降低企业的供水电耗已成为企业增加经济效益的又一途径。本文从提高设备效率及系统运行效率角度出发，对泵站节能措施进行浅析论述。
关键词：节能；泵站；离心泵
中图分类号：TE08文献标识码： A
随着国家对能源可持续供应问题重视程度的不断提高，各种能源价格经过数次论证调整，用电价格亦是随之逐年上升。对于一般供水企业而言，电费占其管理费用的70%以上，占其制水成本的40%以上。因此，降低企业供水电耗已成为供水企业挖潜改造、提高其经济效益的重要途径之一。
对于供水企业节能降耗工作的开展，需从对企业进行科学有效的管理及其技术设备的更新改造两方面进行研究落实；而作为能耗大户，供水企业的主要电耗消耗在水泵运行上。因此，控制企业的电耗其关键在于机泵的用电管理上。
一、泵站现状分析
经调查研习可知，目前供水企业多存在如下与水泵能耗相关的问题：
（1）现大多数供水企业在其做泵站设计、设备选型时，首先以其最不利工况点作为其选型的基础条件，使得系统管路与泵特性不相匹配，其主要表现为扬程普遍偏高。具体言之，即依此原则选型而投入使用的泵站，虽可满足供水管网在最高日、最高时用水量和水压的流量及扬程的需求，却与实际供水中的平均流量及平均扬程不符，使得泵站无法长期处于其高效区间运行，从而造成了能耗的浪费。此外，通常供水企业其泵站中水泵设备多为同型号品，其在操作中忽略了供水量需求波动变化时对能耗的影响，也造成了一定的电耗浪费。
（2）在实际生产过程中，多采用调节出水阀门开启程度来调节机组的出水量，以保证水泵可以在安全而高效的状态下运行。然而，此法却造成了能源于阀门上的浪费，对电能产生一定的浪费。
（3）由于供水量的波动，使得泵站运行人员需频繁开关泵组，势必加重对机械寿命的损耗，对冲击电流亦产生不利的影响，造成电能电耗的浪费。
二、水泵节能措施
据上所析，我们可以从提高水泵效率及提高水泵运行效率角度进行节能措施分析。
2.1提高水泵效率
所谓水泵的效率，等于水的能量除以功率，是水泵使用时有效功率的体现，其值的高低直接反应供水企业单位电耗的高低。因此，对水泵的节能，即使用高效水泵机组设备应是供水企业的基础性节能措施。
水泵效率由水泵的机械效率、容积效率、水力效率所组成，用公式可表示为:
η=η机η容η水 （2-1）
式中, η:水泵效率；
η机：水泵的机械效率；
η容：水泵的容积效率；
η水：水泵的水力效率。
由此可知，我们可从影响这三种效率的因素角度出发，来究寻水泵节能的措施。
2.1.1 提高水泵的机械效率
提高水泵的机械效率，即减少水泵的机械损失，以降低机械摩擦损失为主，达到节能效果。
摩擦损失包括：①轴承的摩擦损失；②轴封的摩擦损失；③叶轮圆盘摩擦损失；④水流与各接触部件产生的摩擦损失；⑤泵体各转动部件产生的摩擦损失。
主要措施：首先，应科学合理的选用水泵轴承，并应确保安装和检修精度；其次，应根据所选轴承的具体型号等，选择适宜的检查检修频率，确保轴承的润滑与完好，定期进行大修，更换损坏零部件。
2.1.2 提高水泵的容积效率
容积损失是指离心泵流量上的损失，主要体现于密封环漏泄损失，即密封环间隙处的水量损失，此部分水从叶轮出口向叶轮入口漏泄，减少了水泵的实际供水量，损失的水泵效率；此外还有平衡机构漏泄损失及极间漏泄损失。
主要措施：①减小密封间隙值，一般总间隙近似取密封环直径的0.002，如密封环直径=200毫米，则总间隙为0.40毫米；②制异型密封环或加装橡胶密封圈，以增加密封环间的水流阻力，减小漏泄量；③合理设计高压区域和低压区域的排气管，减少水流从高压区域向低压区域的漏泄量。
2.1.3 提高水泵的水力效率
水力损失是指水泵在工作时，水流要经过引水部件、 导水部件、转轮和尾水管等过流部件，产生的摩擦、撞击、漩涡和脱流等损失。当水泵的运行工况点偏离设计工况点时，水力损失将会加大，导致水泵效率的降低。
主要措施：①设计或选择优秀的水力模型，即其在设计工况下的各种效率较一般模型高，且效率曲线变化平缓，高效范围较宽；②提高零件加工装配精度。
2.2 提高水泵运行效率
水泵运行节能是通过水泵按末端需求调速运行实现的节能措施，是设备效率以外的节能。
通常供水管网中的水量是有变化的，且有时变动幅度较大，因此供水系统需随之进行相应调节。通常调节流量的方式包括：改变阀门开度、配置适宜水量的水泵、变速调节。工程上采用的调速技术有很多种，一般采用变频调速、串级调速、斩波内馈调速、液粘调速等方式，其中以变频调速方式的投资更为节省、运行效率更高、节能效果最好，因此下面以变频调速作为节能措施进行阐述。
2.2.1变频调速原理及应用
变频调速是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条将其列为通用技术加以推广。其基本原理是根据交流电动机的工作原理中的转速关系，具体可由下式表示：
n=60f(1-s)/p(2-2)
式中，n:转速；
f:水泵电机的输入频率；
s:电机转差率；
p:电机磁极对数。
由（2-2）式可知，电机转速与电源输入频率成正比的关系，电动机转速越慢，功率越小，电动机电源输入频率越小。由此可见，通过改变电动机工作电源频率，可以达到改变电机转速的目的，即可起到节能的效果。
调速节能解决的是运行中超负荷出力问题，通过泵机的调速运行，减少泵容量与部分负荷之间存在的能量差，从而达到负荷需要。其实现的基本条件包括变量负荷、调速装置的具备、有效的系统控制及水泵的动特性，此条件皆具备后，可通过移动水泵工况点，使之沿管路特性曲线移动，让水泵在高效点运行并达到节能效果。
由流体力学可知，流量Q∝转速N，压力H∝N2，而功率P=Q×H，则P∝N3。即当水泵的效率一定，调节流量下降时，转速N可成比例下降，此时的输出功率P以立方关系下降，即水泵电机的耗电功率与转速成近似立方的关系。在采用水泵调速时，水泵与电机的运行参数均会发生变化。然而调速范围也非无限制的，一般认为，变频调速不宜低于额定转速的50%，最好处于75%～100%间，并结合泵站的实际情况进行设计制定。
在实践中通常采用多泵并联供水方式，只要其中一台为变频泵，其他均为定速泵，即可实现恒压变量供水。供水中变频泵的流量是变化的，当变频泵是各并联泵中最大，即可保证恒压供水。在这样的的变频泵、定速泵混合供水的系统中，应确保变频泵与定速泵都可在高效率区段运行，变频泵的工作效率随流量的变化而发生相应改变，以实现系统的效率最优。
2.2.2变频调速的优劣势
（1）变频调速的优点
①大幅节约电能。采用变压变量给水可使节流损失降至最低。经测算，在系统用水量基本相同的情况下，节电率为32%，给企业带来直接和间接的经济效益；
②提高设备使用效率的同时，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用，并降低了停产周期；
③调速范围宽，超调波动范围小，便于控制操作。变频给水系统的给水压力可调，在设计上允许降低积水压力的计算精度，可适用不同给水压力的要求。
（2）变频调速的缺点及局限性
①一次性投资较大，投资回收周期长；
②变频器在自身运转过程中会产生电源阶波、噪声、电磁感应、静电感应等，会对电机及周边设备造成一定干扰，造成误操作等后果；
③对调速范围要求不大的水泵而言，其性能不能得到较好的发挥和应用；当运行参数较稳定时，亦不需要变频设备；
④调速不宜低于额定转速的50%。当变频转速低于额定转速的50%以下，则变频设备的效率将明显降低，最好控制在处于75%～100%间。
三、小结
如上所知，供水企业的生产成本控制尚有很大的潜力，而泵站的设计则是企业直降成本的关键所在。除上文所述方式，还有很多技术可在提高水泵的节能效果上有所作为：如水泵叶轮切削改造技术、采用新型优质涂料、水泵机组的自动控制及节能软件的应用等等。只有全面认识关于泵站生产的各个方面，才能从根本上提高水泵的节能效果，使水泵的设计在不仅能满足生产工艺运行需要的同时，还可降低企业能源单耗和制水成本，为企业带来经济效益。节能降耗措施的研究和商讨对于创建节约型工程具有深远意義。
参考文献：
[1]姜乃昌. 水泵及水泵站（第四版）. 北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2]徐泽林. 泵站机电设备维修工与泵站运行工.黄河水利出版社，1995.
[3]邱传忻. 泵站工程. 武汉：武汉大学出版社，2001.
[4]黄学. 离心泵的节能措施与应用分析. 《技术推广与应用》，2008（4）.
关键词：节能；泵站；离心泵
中图分类号：TE08文献标识码： A
随着国家对能源可持续供应问题重视程度的不断提高，各种能源价格经过数次论证调整，用电价格亦是随之逐年上升。对于一般供水企业而言，电费占其管理费用的70%以上，占其制水成本的40%以上。因此，降低企业供水电耗已成为供水企业挖潜改造、提高其经济效益的重要途径之一。
对于供水企业节能降耗工作的开展，需从对企业进行科学有效的管理及其技术设备的更新改造两方面进行研究落实；而作为能耗大户，供水企业的主要电耗消耗在水泵运行上。因此，控制企业的电耗其关键在于机泵的用电管理上。
一、泵站现状分析
经调查研习可知，目前供水企业多存在如下与水泵能耗相关的问题：
（1）现大多数供水企业在其做泵站设计、设备选型时，首先以其最不利工况点作为其选型的基础条件，使得系统管路与泵特性不相匹配，其主要表现为扬程普遍偏高。具体言之，即依此原则选型而投入使用的泵站，虽可满足供水管网在最高日、最高时用水量和水压的流量及扬程的需求，却与实际供水中的平均流量及平均扬程不符，使得泵站无法长期处于其高效区间运行，从而造成了能耗的浪费。此外，通常供水企业其泵站中水泵设备多为同型号品，其在操作中忽略了供水量需求波动变化时对能耗的影响，也造成了一定的电耗浪费。
（2）在实际生产过程中，多采用调节出水阀门开启程度来调节机组的出水量，以保证水泵可以在安全而高效的状态下运行。然而，此法却造成了能源于阀门上的浪费，对电能产生一定的浪费。
（3）由于供水量的波动，使得泵站运行人员需频繁开关泵组，势必加重对机械寿命的损耗，对冲击电流亦产生不利的影响，造成电能电耗的浪费。
二、水泵节能措施
据上所析，我们可以从提高水泵效率及提高水泵运行效率角度进行节能措施分析。
2.1提高水泵效率
所谓水泵的效率，等于水的能量除以功率，是水泵使用时有效功率的体现，其值的高低直接反应供水企业单位电耗的高低。因此，对水泵的节能，即使用高效水泵机组设备应是供水企业的基础性节能措施。
水泵效率由水泵的机械效率、容积效率、水力效率所组成，用公式可表示为:
η=η机η容η水 （2-1）
式中, η:水泵效率；
η机：水泵的机械效率；
η容：水泵的容积效率；
η水：水泵的水力效率。
由此可知，我们可从影响这三种效率的因素角度出发，来究寻水泵节能的措施。
2.1.1 提高水泵的机械效率
提高水泵的机械效率，即减少水泵的机械损失，以降低机械摩擦损失为主，达到节能效果。
摩擦损失包括：①轴承的摩擦损失；②轴封的摩擦损失；③叶轮圆盘摩擦损失；④水流与各接触部件产生的摩擦损失；⑤泵体各转动部件产生的摩擦损失。
主要措施：首先，应科学合理的选用水泵轴承，并应确保安装和检修精度；其次，应根据所选轴承的具体型号等，选择适宜的检查检修频率，确保轴承的润滑与完好，定期进行大修，更换损坏零部件。
2.1.2 提高水泵的容积效率
容积损失是指离心泵流量上的损失，主要体现于密封环漏泄损失，即密封环间隙处的水量损失，此部分水从叶轮出口向叶轮入口漏泄，减少了水泵的实际供水量，损失的水泵效率；此外还有平衡机构漏泄损失及极间漏泄损失。
主要措施：①减小密封间隙值，一般总间隙近似取密封环直径的0.002，如密封环直径=200毫米，则总间隙为0.40毫米；②制异型密封环或加装橡胶密封圈，以增加密封环间的水流阻力，减小漏泄量；③合理设计高压区域和低压区域的排气管，减少水流从高压区域向低压区域的漏泄量。
2.1.3 提高水泵的水力效率
水力损失是指水泵在工作时，水流要经过引水部件、 导水部件、转轮和尾水管等过流部件，产生的摩擦、撞击、漩涡和脱流等损失。当水泵的运行工况点偏离设计工况点时，水力损失将会加大，导致水泵效率的降低。
主要措施：①设计或选择优秀的水力模型，即其在设计工况下的各种效率较一般模型高，且效率曲线变化平缓，高效范围较宽；②提高零件加工装配精度。
2.2 提高水泵运行效率
水泵运行节能是通过水泵按末端需求调速运行实现的节能措施，是设备效率以外的节能。
通常供水管网中的水量是有变化的，且有时变动幅度较大，因此供水系统需随之进行相应调节。通常调节流量的方式包括：改变阀门开度、配置适宜水量的水泵、变速调节。工程上采用的调速技术有很多种，一般采用变频调速、串级调速、斩波内馈调速、液粘调速等方式，其中以变频调速方式的投资更为节省、运行效率更高、节能效果最好，因此下面以变频调速作为节能措施进行阐述。
2.2.1变频调速原理及应用
变频调速是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条将其列为通用技术加以推广。其基本原理是根据交流电动机的工作原理中的转速关系，具体可由下式表示：
n=60f(1-s)/p(2-2)
式中，n:转速；
f:水泵电机的输入频率；
s:电机转差率；
p:电机磁极对数。
由（2-2）式可知，电机转速与电源输入频率成正比的关系，电动机转速越慢，功率越小，电动机电源输入频率越小。由此可见，通过改变电动机工作电源频率，可以达到改变电机转速的目的，即可起到节能的效果。
调速节能解决的是运行中超负荷出力问题，通过泵机的调速运行，减少泵容量与部分负荷之间存在的能量差，从而达到负荷需要。其实现的基本条件包括变量负荷、调速装置的具备、有效的系统控制及水泵的动特性，此条件皆具备后，可通过移动水泵工况点，使之沿管路特性曲线移动，让水泵在高效点运行并达到节能效果。
由流体力学可知，流量Q∝转速N，压力H∝N2，而功率P=Q×H，则P∝N3。即当水泵的效率一定，调节流量下降时，转速N可成比例下降，此时的输出功率P以立方关系下降，即水泵电机的耗电功率与转速成近似立方的关系。在采用水泵调速时，水泵与电机的运行参数均会发生变化。然而调速范围也非无限制的，一般认为，变频调速不宜低于额定转速的50%，最好处于75%～100%间，并结合泵站的实际情况进行设计制定。
在实践中通常采用多泵并联供水方式，只要其中一台为变频泵，其他均为定速泵，即可实现恒压变量供水。供水中变频泵的流量是变化的，当变频泵是各并联泵中最大，即可保证恒压供水。在这样的的变频泵、定速泵混合供水的系统中，应确保变频泵与定速泵都可在高效率区段运行，变频泵的工作效率随流量的变化而发生相应改变，以实现系统的效率最优。
2.2.2变频调速的优劣势
（1）变频调速的优点
①大幅节约电能。采用变压变量给水可使节流损失降至最低。经测算，在系统用水量基本相同的情况下，节电率为32%，给企业带来直接和间接的经济效益；
②提高设备使用效率的同时，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用，并降低了停产周期；
③调速范围宽，超调波动范围小，便于控制操作。变频给水系统的给水压力可调，在设计上允许降低积水压力的计算精度，可适用不同给水压力的要求。
（2）变频调速的缺点及局限性
①一次性投资较大，投资回收周期长；
②变频器在自身运转过程中会产生电源阶波、噪声、电磁感应、静电感应等，会对电机及周边设备造成一定干扰，造成误操作等后果；
③对调速范围要求不大的水泵而言，其性能不能得到较好的发挥和应用；当运行参数较稳定时，亦不需要变频设备；
④调速不宜低于额定转速的50%。当变频转速低于额定转速的50%以下，则变频设备的效率将明显降低，最好控制在处于75%～100%间。
三、小结
如上所知，供水企业的生产成本控制尚有很大的潜力，而泵站的设计则是企业直降成本的关键所在。除上文所述方式，还有很多技术可在提高水泵的节能效果上有所作为：如水泵叶轮切削改造技术、采用新型优质涂料、水泵机组的自动控制及节能软件的应用等等。只有全面认识关于泵站生产的各个方面，才能从根本上提高水泵的节能效果，使水泵的设计在不仅能满足生产工艺运行需要的同时，还可降低企业能源单耗和制水成本，为企业带来经济效益。节能降耗措施的研究和商讨对于创建节约型工程具有深远意義。
参考文献：
[1]姜乃昌. 水泵及水泵站（第四版）. 北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2]徐泽林. 泵站机电设备维修工与泵站运行工.黄河水利出版社，1995.
[3]邱传忻. 泵站工程. 武汉：武汉大学出版社，2001.
[4]黄学. 离心泵的节能措施与应用分析. 《技术推广与应用》，2008（4）.