楊福才

　　在給水上調速水泵自從在天津試驗成功且已應用以后，已經為國內所接受，且已成為水廠建設和改造必須考慮的設備之一。通過國內大多數水廠使用的情況來看，對于其選用條件及開停操作程序往往忽略。這樣做常會在使用上引起不良效果，甚至不但沒有效益，還會增加許多麻煩。
　　為了提醒采用此調速水泵的工作者的注意，提出就選用調速水泵容量、臺數及開停操作程序，重點的加以闡述。

　　一、調速水泵與恒速水泵容量大小影響

　　調速水泵（下稱調泵）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系，下面分別敘述。
　　1、調泵容量相等于或小于恒泵容量
　　如圖1所示，調泵和恒泵在相等容量下組合運行，按下列程序操作。

　　(1)先開調泵，從零到A，以調泵變換轉數運轉。
　　(2)調泵開到A即滿轉，水泵流量接近A點時就須開恒泵。剛一開恒泵滿轉，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，即以調泵變速承擔。
　　(4)流量后退到D點時，AD一段調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，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點壓力大于設定壓力，而調泵則要根據壓力標定要求，須將F點拉到E點，但恒泵則由于其特性曲張特點不能下降，這樣調泵就不得不空轉，造成斷流現象即締切。
　　調泵容量小于恒泵容量時，由于不穩定區擴大，增加頻繁開動次數和由于滯流區增加締切時間更長，使破壞性更加強烈。
　　2、調泵容量大于恒泵容量
　　如圖2所示，調泵容量大于恒泵容量組合運行，按下列程序操作。

　　(1)先開調泵，以調泵變換轉數，從零到A運行。
　　(2)調泵開到A即滿轉，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都以調泵變換承擔。
　　(3)流量后退到D點時，D點在調泵的控制點，特性曲線尚在陡峭區，故無不平衡現象，流量在退到A點時，由于過A點還須開著恒泵，故不能關閉恒泵。
　　(4)流量后退至E點，這時可停恒泵，此時調泵還在起作用，故無締切現象。但調泵絕不能再退到F點以后才停恒泵，這樣就如第1種情況一樣，又會發生締切現象。
　　從上面情況可看到，調泵容量小于恒泵容量是不利的，所以可得出結論，在調泵與恒泵組合運行時，每當需要停一臺恒泵，只要待停的一臺恒泵容量小于繼續運行的調泵（包括1臺調泵和若干此調泵能帶動的恒泵，此種情況可以1臺大容量調泵看待）總容量時，運轉起來不會發生締切現象，開停頻繁不平穩情況也會減少。
　　美國紐約Placid湖村泵站用的4臺泵，有2臺調速（認為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調泵帶動50gpm恒泵還在運轉，所以不會有締切發生。
　　天津石油化纖廠泵站設有260kw恒泵（Q=1260m3/h、H=54m）2臺，550kw調泵（Q=2900m3/h、H=52m）2臺（1臺備用），調泵容量大于恒泵容量，認為是合理的。

　　二、調速水泵運行壓力跌落影響

　　實際運行時，一般調泵由于調速設備的影響，使調泵不能維持其預定的轉速，而使調速的壓力有一個非線性的跌落值。據有關資料推薦，調泵運行，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進水虹吸水頭是變動的）可以看到，在Q=0時，設定水頭為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，也即水泵轉數減少越多。
　　因此，在應用調泵時，一定要考慮水泵調速后的壓力損失（水泵轉數減慢），不然就會使調速的水泵，在實際運轉時達不到預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泵生產試運轉及在調泵試驗時，都可看到這種情況。該泵房調泵沒有進行調速運轉時，轉速為970rpm，但投入調速后即降為930rpm。在天津的小型試驗上，調泵比之同一型號的恒速電機帶動水泵運轉的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的共有7臺，其中一臺調泵、6臺恒泵，每臺額定送水量25mgd，轉數900rpm，恒泵功率1820HP，調泵功率1885HP，調泵比恒泵功率高3.5%，認為就是為了補償電機在調速狀態下，因為不減低要求的水泵轉數而增加的功率。為了避免在使用調泵運轉時，比該泵在恒速時要有的轉數減低，影響使用效果，甚至在出現大流量，不能達到給定壓力，同時結合國內情況，使能安全、可靠及有效的運行，以達到預定的結果，建議選擇的調速電機，其功率要超過該電機用在恒速運轉時功率的5%，或選泵時也可以考慮所選得的調泵H-Q選擇性曲線，要適于調速后合乎預定要求為妥當。

　　三、調速水泵與恒速水泵共同運轉開停操作

　　1、調泵開停操作，據有關資料介紹，一般情況是：
　　當設三臺調泵（1臺備用），可用兩臺泵分擔運行，即每臺泵各擔負最大進水量50%；或兩臺泵錯開運行，即在低流量期間，僅有領先泵運行，以后增加流量，直到兩臺泵共同運行，其時領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運行大，且易造成泵軸磨損。
　　當兩臺調泵與一臺恒泵組合運行時（一臺調泵備用），每臺調泵及恒泵容量各為最大進水量的60%與40%。一臺調泵作為領先泵，當進水量稍大于60%時，恒泵開動，輸送其40%的進水量。當進水量降至55%以下時，恒泵停止運行。調泵經常每24小時輪換一次。
　　如4臺泵組合運行，可選用兩臺調泵和兩臺恒泵。每臺調泵與恒泵容量各為泵站最大進水量的45%與30%（一臺調泵備用）。
　　一臺調泵作為領先泵，當進水量超過45%時，一臺恒泵開動。進水量超過75%時，第2臺恒泵開動。進水量又降到70%左右時，第2臺恒泵停轉，進水量降至40%左右時，第1臺恒泵停轉。在1臺或者2臺恒泵運行周期終了，調泵經常會自動轉換一次。
　　3臺調泵和1臺恒泵組合運轉，在4臺泵都送出同等水量，即35%進水量時，一臺調泵作為領先泵，當進水量超過35%時，第2臺調泵開動，兩臺調泵以同一轉速輸出同等速度運轉。進水量超過70%時，恒泵開動。進水量又降至65%時，恒泵停轉。當進水量降至30%進水量時，滯后的調泵停轉。第3臺調泵為備用泵以替換運行中的調泵或恒泵。
　　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），一臺調速，一臺恒速。在試驗中看到，先以全轉速開調泵，再開恒泵，兩泵同時運行，以后人為的減小流量，調泵轉數下降，直至調泵的揚程特性低于設定壓力值后，調泵空轉不能向外送水，只有恒泵工作。在設定壓力下，先慢速開調泵，再開恒泵，看到調泵在尚未達到要求壓力情況時，調泵只能做無功的空轉，俟調泵轉速逐步上升達到要求壓力時，才向外送水，與恒泵共同工作。
　　先開恒泵，后以全轉速或慢轉速開調泵，與上述情況相同。
　　試驗當中，觀察到無論調泵、恒泵先開后開、調泵以全轉速、低轉速先開后開，開停時都沒有振蕩現象，也無氣蝕發生。
　　從上述試驗得到，在調泵與恒泵共同運轉時，雖然調泵先開后開、開啟時以全轉速或低轉速開動都可以，但認為為了開啟方便，且避免調速不會發生壓力不夠原因，還是調泵以全轉速先開啟對節能與操作有利。
　　3、認為可依據上述資料及試驗情況，并結合以下方法進行開停調泵操作。
　　調泵開停為，當水泵在滿足規定壓力情況下，要求進水量大于開著水泵的進水量時，就應該開泵。也可以根據開著水泵壓力的降落來定，當水泵降落到要求規定壓力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水量，比要求的進水量稍小時，就可以關閉要減掉的泵。但一般為避免頻繁開關，應在要求的規定壓力下，于其進水量的95-90%時關閉。例如開著3臺泵，其中一臺在要求壓力下，進水量為1000 m3/h，時要關泵，則就在該泵容量900 m3/h或950 m3/h時關閉。
　　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，考慮于進水量在一定幅度范圍變動時，允許水泵壓力也在規定的一個上下變化幅度范圍內跟蹤移動，而該情況時調泵轉數不變，以防開停過度頻繁的不平穩現象，及阻止發生沖擊(purge)作用。
　　一般選泵條件是最好于開關一臺泵時，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%以下運轉情況，有時達50%都要盡量避免）。當然調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速運行有利。

　　四、調泵水泵與恒速水泵臺數選擇

　　通過實際檢驗，在調泵與恒泵組合中，調泵數量越多，節能越大，但設備費用要大一些。
　　前面所述，調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?。ò▊溆玫?臺調泵）。
　　一臺恒泵容量<100/恒泵臺數+1.5·%最大進水量
　　一臺調泵容量>1.5×恒泵容量/調泵臺數-1·%最大進水量
　　多臺調泵加到一起可作為一臺調泵看待。
　　一水泵站有恒泵3臺、調泵3臺（備用1臺）
　　一臺恒泵容量<100/3+1.5·%＝22%最大進水量
　　一臺調泵容量>1.5×22/3-1·%＝16.5%最大進水量
　　調泵2臺容量之和2×16.5=33%>22%（恒泵容量）
　　一水泵站有恒泵1臺、調泵2臺（備用1臺）
　　一臺恒泵容量<100/1+1.5·%=40%最大進水量
　　一臺調泵容量>1.5×40/2-1·%=60%最大進水量
　　從上推算，所列公式對少于5臺泵組合的也可適用。
　　本文章是依據調速水泵試驗報告、生產運行資料及結合一些國內外論文寫成的。不當之處請予以指正。（本文也可考慮應用于排水泵站）

　　主要參考資料
　　1、單臺變速泵與單臺恒速泵并聯運行試驗報告　　天津市自來水公司、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：關于在給水上應用調速水泵一些問題的初步看法天津市土木工程學會1982年學術年會論文集
　　6、楊福才：調泵水泵在給水排水設計上的應用　中南給水排水(1989-1)

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天津市自來水公司科學技術情報站
一九九二年十二月