關(guān)于調(diào)速水泵選用條件及操作要求的探討

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，對水泵運行有著很大的關(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)運轉(zhuǎn)。
　　(2)調(diào)泵開到A即滿轉(zhuǎn)，水泵流量接近A點時就須開恒泵。剛一開恒泵滿轉(zhuǎn)，為全速的特性曲線，流量到B點。但立即退回到需要點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點時，AD一段調(diào)速曲線成水平線或趨近水平，由于AD段可來回擺動，很可能擺動到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點流量時，壓力須退到F，這時F點壓力大于設(shè)定壓力，而調(diào)泵則要根據(jù)壓力標(biāo)定要求，須將F點拉到E點，但恒泵則由于其特性曲張?zhí)攸c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，由于不穩(wěn)定區(qū)擴大，增加頻繁開動次數(shù)和由于滯流區(qū)增加締切時間更長，使破壞性更加強烈。
　　
　　
　　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運行。
　　(2)調(diào)泵開到A即滿轉(zhuǎn)，流量接近A時就須開恒泵，這時流量到B點，但立即退到需要點C，從A到B都以調(diào)泵變換承擔(dān)。
　　(3)流量后退到D點時，D點在調(diào)泵的控制點，特性曲線尚在陡峭區(qū)，故無不平衡現(xiàn)象，流量在退到A點時，由于過A點還須開著恒泵，故不能關(guān)閉恒泵。
　　(4)流量后退至E點，這時可停恒泵，此時調(diào)泵還在起作用，故無締切現(xiàn)象。但調(diào)泵絕不能再退到F點以后才停恒泵，這樣就如第1種情況一樣，又會發(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)泵與恒泵組合運行時，每當(dāng)需要停一臺恒泵，只要待停的一臺恒泵容量小于繼續(xù)運行的調(diào)泵（包括1臺調(diào)泵和若干此調(diào)泵能帶動的恒泵，此種情況可以1臺大容量調(diào)泵看待）總?cè)萘繒r，運轉(zhuǎn)起來不會發(fā)生締切現(xiàn)象，開停頻繁不平穩(wěn)情況也會減少。
　　　　
　　
　　美國紐約Placid湖村泵站用的4臺泵，有2臺調(diào)速（認(rèn)為1臺備用）、1臺恒速，功率都是125HP，流量1500gpm，另外尚有50gpm小泵，運行時一般在1500gpm恒泵停開情況時，由于尚有1臺1500gpm調(diào)泵帶動50gpm恒泵還在運轉(zhuǎn)，所以不會有締切發(fā)生。
　　　　
　　
　　天津石油化纖廠泵站設(shè)有260kw恒泵（Q=1260m3/h、H=54m）2臺，550kw調(diào)泵（Q=2900m3/h、H=52m）2臺（1臺備用），調(diào)泵容量大于恒泵容量，認(rèn)為是合理的。

　　　　
　　
　　二、調(diào)速水泵運行壓力跌落影響

　　　　
　　
　　實際運行時，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)速的壓力有一個非線性的跌落值。據(jù)有關(guān)資料推薦，調(diào)泵運行，一般要保持要求的最大流量時的壓力時，則該泵流量為零時的設(shè)定壓力，要比該點要求的實際壓力約大10%。 
由圖3的a、b、c圖（3b進(jìn)水虹吸水頭是變動的）可以看到，在Q=0時，設(shè)定水頭為120ft，但為了將最大流量時丟失的水頭補上，則把Q=0時設(shè)定水頭增為132ft。同時在圖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，一定要考慮水泵調(diào)速后的壓力損失（水泵轉(zhuǎn)數(shù)減慢），不然就會使調(diào)速的水泵，在實際運轉(zhuǎn)時達(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)試運轉(zhuǎn)及在調(diào)泵試驗時，都可看到這種情況。該泵房調(diào)泵沒有進(jìn)行調(diào)速運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速為970rpm，但投入調(diào)速后即降為930rpm。在天津的小型試驗上，調(diào)泵比之同一型號的恒速電機帶動水泵運轉(zhuǎn)的H-Q特性曲線也有明顯的下降。
　　　　
　　
　　美國Michata城水泵站的水泵投入生產(chǎn)的共有7臺，其中一臺調(diào)泵、6臺恒泵，每臺額定送水量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)為就是為了補償電機在調(diào)速狀態(tài)下，因為不減低要求的水泵轉(zhuǎn)數(shù)而增加的功率。為了避免在使用調(diào)泵運轉(zhuǎn)時，比該泵在恒速時要有的轉(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，同時結(jié)合國內(nèi)情況，使能安全、可靠及有效的運行，以達(dá)到預(yù)定的結(jié)果，建議選擇的調(diào)速電機，其功率要超過該電機用在恒速運轉(zhuǎn)時功率的5%，或選泵時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)三臺調(diào)泵（1臺備用），可用兩臺泵分擔(dān)運行，即每臺泵各擔(dān)負(fù)最大進(jìn)水量50%；或兩臺泵錯開運行，即在低流量期間，僅有領(lǐng)先泵運行，以后增加流量，直到兩臺泵共同運行，其時領(lǐng)先泵在最高速度曲線上運行，滯后泵在減低速度曲線上運行。錯開運行方法耗費功率比分擔(dān)運行大，且易造成泵軸磨損。
　　　　
　　
　　當(dāng)兩臺調(diào)泵與一臺恒泵組合運行時（一臺調(diào)泵備用），每臺調(diào)泵及恒泵容量各為最大進(jìn)水量的60%與40%。一臺調(diào)泵作為領(lǐng)先泵，當(dāng)進(jìn)水量稍大于60%時，恒泵開動，輸送其40%的進(jìn)水量。當(dāng)進(jìn)水量降至55%以下時，恒泵停止運行。調(diào)泵經(jīng)常每24小時輪換一次。
　　　　
　　
　　如4臺泵組合運行，可選用兩臺調(diào)泵和兩臺恒泵。每臺調(diào)泵與恒泵容量各為泵站最大進(jìn)水量的45%與30%（一臺調(diào)泵備用）。
　　　　
　　
　　一臺調(diào)泵作為領(lǐng)先泵，當(dāng)進(jìn)水量超過45%時，一臺恒泵開動。進(jìn)水量超過75%時，第2臺恒泵開動。進(jìn)水量又降到70%左右時，第2臺恒泵停轉(zhuǎn)，進(jìn)水量降至40%左右時，第1臺恒泵停轉(zhuǎn)。在1臺或者2臺恒泵運行周期終了，調(diào)泵經(jīng)常會自動轉(zhuǎn)換一次。
　　　　
　　
　　3臺調(diào)泵和1臺恒泵組合運轉(zhuǎn)，在4臺泵都送出同等水量，即35%進(jìn)水量時，一臺調(diào)泵作為領(lǐng)先泵，當(dāng)進(jìn)水量超過35%時，第2臺調(diào)泵開動，兩臺調(diào)泵以同一轉(zhuǎn)速輸出同等速度運轉(zhuǎn)。進(jìn)水量超過70%時，恒泵開動。進(jìn)水量又降至65%時，恒泵停轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)水量降至30%進(jìn)水量時，滯后的調(diào)泵停轉(zhuǎn)。第3臺調(diào)泵為備用泵以替換運行中的調(diào)泵或恒泵。
　　　　
　　
　　2、在天津石油化纖廠做的小型試驗，用同為50TSW-7離心泵2臺（N=7.5KW、H=70-49m、Q=15-22m3/h、n=1450rpm），一臺調(diào)速，一臺恒速。在試驗中看到，先以全轉(zhuǎn)速開調(diào)泵，再開恒泵，兩泵同時運行，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，調(diào)泵只能做無功的空轉(zhuǎn)，俟調(diào)泵轉(zhuǎn)速逐步上升達(dá)到要求壓力時，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。
　　　　
　　
　　試驗當(dāng)中，觀察到無論調(diào)泵、恒泵先開后開、調(diào)泵以全轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速先開后開，開停時都沒有振蕩現(xiàn)象，也無氣蝕發(fā)生。
　　　　
　　
　　從上述試驗得到，在調(diào)泵與恒泵共同運轉(zhuǎn)時，雖然調(diào)泵先開后開、開啟時以全轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速開動都可以，但認(rèn)為為了開啟方便，且避免調(diào)速不會發(fā)生壓力不夠原因，還是調(diào)泵以全轉(zhuǎn)速先開啟對節(jié)能與操作有利。
　　　　
　　
　　3、認(rèn)為可依據(jù)上述資料及試驗情況，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，就應(yīng)該開泵。也可以根據(jù)開著水泵壓力的降落來定，當(dāng)水泵降落到要求規(guī)定壓力95-90%時，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泵的進(jìn)水量，比要求的進(jìn)水量稍小時，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%時關(guān)閉。例如開著3臺泵，其中一臺在要求壓力下，進(jìn)水量為1000 m3/h，時要關(guān)泵，則就在該泵容量900 m3/h或950 m3/h時關(guān)閉。
　　　　
　　
　　遇有水泵H-Q曲線扁平或吸水高度變化過大的情況，可采用位式法，考慮于進(jìn)水量在一定幅度范圍變動時，允許水泵壓力也在規(guī)定的一個上下變化幅度范圍內(nèi)跟蹤移動，而該情況時調(diào)泵轉(zhuǎn)數(shù)不變，以防開停過度頻繁的不平穩(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)一臺泵時，使此臺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%以下運轉(zhuǎn)情況，有時達(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調(diào)速運行有利。

　　　　
　　
　　四、調(diào)泵水泵與恒速水泵臺數(shù)選擇

　　　　
　　
　　通過實際檢驗，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臺及以下的組合方式，5臺或以上的可以以下公式選取（包括備用的1臺調(diào)泵）。


　　一臺恒泵容量<100/恒泵臺數(shù)+1.5·%最大進(jìn)水量
　　一臺調(diào)泵容量>1.5×恒泵容量/調(diào)泵臺數(shù)-1·%最大進(jìn)水量
　　多臺調(diào)泵加到一起可作為一臺調(diào)泵看待。
　　一水泵站有恒泵3臺、調(diào)泵3臺（備用1臺）
　　一臺恒泵容量<100/3+1.5·%＝22%最大進(jìn)水量
　　一臺調(diào)泵容量>1.5×22/3-1·%＝16.5%最大進(jìn)水量
　　調(diào)泵2臺容量之和2×16.5=33%>22%（恒泵容量）
　　一水泵站有恒泵1臺、調(diào)泵2臺（備用1臺）
　　一臺恒泵容量<100/1+1.5·%=40%最大進(jìn)水量
　　一臺調(diào)泵容量>1.5×40/2-1·%=60%最大進(jìn)水量
　　從上推算，所列公式對少于5臺泵組合的也可適用。
　　　　
　　
　　本文章是依據(jù)調(diào)速水泵試驗報告、生產(chǎn)運行資料及結(jié)合一些國內(nèi)外論文寫成的。不當(dāng)之處請予以指正。（本文也可考慮應(yīng)用于排水泵站）