進(jìn)水提升泵是城市污水廠的水力提升設(shè)備，設(shè)計(jì)選型合理的進(jìn)水提升泵可以節(jié)約運(yùn)行成本，根據(jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)與泵的用電量占全國用電總量的40%左右，造成水泵能耗增大的原因是由于運(yùn)行中的水泵大量采用閥門等進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便易行，但能量損耗較大。因此，污水處理工程中水量變化較大的情況下，應(yīng)選擇合理的流量調(diào)節(jié)方式（如變頻調(diào)節(jié)等），以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。筆者結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行情況，總結(jié)了污水處理廠進(jìn)水提升泵（離心泵）采用變頻器后水泵的選型計(jì)算方法。

1 進(jìn)水提升泵存在的問題及技改方案
　　某污水廠日處理能力為2×10⁴ m³/d，平均流量為833 m³/h，共有4 臺(tái)進(jìn)水提升泵，額定流量450m³/h，因?yàn)槭姓芫W(wǎng)來水水量隨時(shí)間波動(dòng)較大，高峰時(shí)期（14:00～21:00）水量約為1100 m³/h，低谷時(shí)期（2:00～8:00）水量約為750 m³/h，所以需要調(diào)節(jié)進(jìn)水提升泵的開啟臺(tái)數(shù)（2臺(tái)或3臺(tái)）并通過調(diào)節(jié)管路總出口的閥門開啟度來調(diào)節(jié)流量，這樣才能保證20000 m³/d 的處理水量，但該運(yùn)行方式中存在以下問題：大量的電能都消耗在閥門上面；總出口的閥（DN1000）調(diào)整頻繁，故障率高、維修工作量增大；總進(jìn)水電磁流量計(jì)前的水流處于紊流狀態(tài)，造成流量指示不準(zhǔn)確，計(jì)量誤差大。為此，在4#水泵上增加變頻器，將其轉(zhuǎn)速降為1250～1450 r/min（300～450 m³/h），以實(shí)現(xiàn)普通水泵、變頻水泵搭配運(yùn)行，長期保持進(jìn)水提升泵總出口的閥門完全開啟，避免電能的無效消耗。

2 離心泵的選型計(jì)算
　　當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變以后其性能也將發(fā)生變化，因此在技術(shù)改造前需要對(duì)水泵的各種工況進(jìn)行計(jì)算。
2.1 進(jìn)水管路特性曲線的計(jì)算
　　繪制詳細(xì)的“進(jìn)水提升泵—配水井”的管道系統(tǒng)圖，按比阻計(jì)算管路的水頭損失，得出管路總水頭損失隨流量變化的計(jì)算公式：
∑H = HST + ∑h = HST + ∑Ak₁k₃lQ²=13.170 + 39.104 Q²
　　用Excel 中的繪圖功能，按照水泵的流量選點(diǎn)計(jì)算出來相應(yīng)的管路損失，將其繪制成二階多項(xiàng)式曲線，便得到了如圖1、2 所示進(jìn)水管路特性曲線。

2.2 水泵不同轉(zhuǎn)速下工作特性曲線的繪制
① 繪制1 臺(tái)水泵正常轉(zhuǎn)速(n=1450 r/min)時(shí)的性能曲線，用Excel 得曲線方程：
　　H= -1×10^-5Q²-0.0367Q+34.43
② 繪制水泵變頻后（以n1=1250r/min 為例）的性能曲線共有兩種方法：公式法和擬擬合曲線法。
a．公式法
　　設(shè)水泵在n=1450r/min 時(shí)的性能曲線方程為：H=AQ²+BQ+C，根據(jù)離心泵相似定律的特例——比例率：Q1/Q=n1/n，H1/H=(n1/n)²，則轉(zhuǎn)速由n變?yōu)閚1時(shí)的性能曲線方程為：

　　進(jìn)一步整理得：

　　則當(dāng)轉(zhuǎn)速降低為n1=1250r/min 時(shí)水泵性能曲線的方程為：
　 H₁=-1×10^-5Q₁² -0.0316Q₁ + 25.587
b、擬擬合曲線法
　　按照公式Q1/Q=n1/n，H1/H=(n1/n)²，計(jì)算出水泵在轉(zhuǎn)速改變以后的一組（Q₁、H₁）的點(diǎn)，然后繪制與這些點(diǎn)相擬合的曲線。具體方法是使用Excel 計(jì)算出Q₁、H₁（見表1），然后使用Excel的繪圖功能，在繪圖區(qū)的添加趨勢(shì)曲線對(duì)話框中，選擇二階多項(xiàng)式及顯示公式功能，得出n₁=1250 r/min 時(shí)水泵性能曲線的方程。其結(jié)果與第一種方法所得出的方程完全一致。
　　兩種方法的計(jì)算結(jié)果見表1，變頻水泵后的性能曲線見圖1 中的“Q₁—H₁(n=1250rpm)”曲線。

表1、水泵性能曲線及管路特性曲線計(jì)算表

水泵性能曲線 管道特性 正常轉(zhuǎn)速（n=1450 r/min） 變頻后（n₁=1250 r/min） H=13.17+39.10Q² Q/m³·h^-1 H/m Q₁/m³·h^-1 H₁/m H₁‘/m ΣH/m 251.3 24.6 216.6 18.3 18.3 13.4 276.7 23.5 238.5 17.5 17.3 13.4 299.1 22.6 257.8 16.8 16.5 13.4 334.2 21.0 288.1 15.7 15.6 13.5 363.1 19.8 313.0 14.7 14.6 13.6 391.4 18.5 337.4 13.8 13.7 13.6 434.5 16.6 374.6 12.3 12.1 13.7 464.3 15.2 400.3 11.3 11.2 13.8 551.7 11.1 475.6 8.3 8.4 14.1 備注 Q₁=(n₁/n)=(1250/1450)×Q；H₁=-1×10^-5Q₁²-0.0316Q₁+25.587；H₁‘=(n₁/n)²== (1250/1450)²×H

2.3 水泵并聯(lián)工作時(shí)性能曲線的計(jì)算
　　因?yàn)閷?shí)際的進(jìn)水水量在750～1100 m³/h 之間波動(dòng)，在增設(shè)變頻器后必須能夠適應(yīng)這種變化，進(jìn)水提升泵房共有4臺(tái)水泵，其中3臺(tái)普通水泵、1臺(tái)變頻水泵，必須考慮本不同水泵并聯(lián)工作時(shí)，是否能夠適應(yīng)水量的變化并且消耗的能量最低。主要分1臺(tái)水泵+1臺(tái)變頻水泵并聯(lián)、2臺(tái)水泵并聯(lián)、2臺(tái)水泵+1臺(tái)變頻水泵并聯(lián)這三種工況來進(jìn)行計(jì)算。
　　首先計(jì)算1 臺(tái)水泵與1 臺(tái)變頻水泵并聯(lián)工作時(shí)的性能曲線。以水泵在未變頻（n=1450r/min）時(shí)的揚(yáng)程為基準(zhǔn)，計(jì)算出在變頻水泵（n=1250r/min）相同揚(yáng)程點(diǎn)的流量Q₁：利用得出的n₁=1250 r/min 時(shí)水泵性能曲線的方程，在已知水泵的揚(yáng)程的情況下，用一元二次方程的求根公式計(jì)算出水泵在轉(zhuǎn)速改變時(shí)的流量：

　　計(jì)算結(jié)果如表2 所示。以（Q+Q₁）為橫坐標(biāo)、揚(yáng)程為縱坐標(biāo)即可繪出1臺(tái)水泵與1臺(tái)變頻水泵并聯(lián)工作的性能曲線，它與管路特性曲線的交點(diǎn)即為水泵的實(shí)際工作點(diǎn)（見圖2）。

表2、不同水泵并聯(lián)工作時(shí)性能曲線計(jì)算表

水泵并聯(lián)工作性能曲線 管路特性曲線 1臺(tái)水泵流量(Q) 2臺(tái)水泵流量(2Q) 變頻水泵流量(Q₁) Q + Q₁ 揚(yáng)程 2Q + Q₁ ΣH 233.3 466.6 8.4 241.1 25.3 475.0 13.9 251.3 502.6 27.5 278.8 24.7 530.1 14.0 276.7 553.4 71.4 348.1 23.2 624.8 14.4 299.1 598.2 102.0 401.1 22.2 700.2 14.7 334.2 668.4 139.3 473.5 20.9 807.7 15.1 363.1 726.2 176.1 539.2 19.7 902.3 15.6 391.4 782.8 211.9 603.3 18.4 994.7 16.2 434.5 869.0 268.2 702.7 16.3 1137.2 17.1 464.3 928.6 302.3 766.6 15.1 1230.9 17.7 551.7 1103.4 401.2 952.9 11.3 1504.6 20.0

　　 按照前述方法，分別可得2 臺(tái)水泵并聯(lián)、2 臺(tái)水泵+1 臺(tái)變頻水泵并聯(lián)工作時(shí)的性能曲線（見圖2）。由圖2可知，通過變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使流量在750～1100 m³/h 之間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4 實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵流量的測(cè)定
　　經(jīng)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)增設(shè)變頻器可以滿足實(shí)際工作時(shí)流量和揚(yáng)程的要求，對(duì)上述組合工況的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，論計(jì)算與實(shí)際運(yùn)行的情況完全一致（見表3）。

表3 水泵的實(shí)際運(yùn)行情況

工況 理論計(jì)算值 實(shí)測(cè)值 1臺(tái)普通水泵+1臺(tái)變頻水泵并聯(lián) 流量/（m³·h^-1） 760 690～750 出口壓力/MPa 0.159 0.15 2臺(tái)普通水泵并聯(lián) 流量/（m³·h^-1） 910 870～930 出口壓力/MPa 0.157 0.16 2臺(tái)普通水泵+1臺(tái)變頻水泵并聯(lián) 流量/（m³·h^-1） 1100 1060～1100 出口壓力/MPa 0.168 0.17

3 技改前后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較
　　技改以后水泵運(yùn)行功率由30 kW·h 降為19.2 kW·h，運(yùn)行費(fèi)用大為降低（見表4）。

表4、水泵技改前后的運(yùn)行費(fèi)用比較

項(xiàng)目 電耗/（kW·h） 運(yùn)行成本/（元·d^-1） 技改前 2×30×24+1×30×5=1590 875 技改后 1×30×24+1×30×7+1×19.2×10=1022 617 注：電價(jià)按0.55 元/（kW·h）計(jì)

　　 從表4可知，技改后可節(jié)約電費(fèi)258元/d，同時(shí)還延長了設(shè)備的維修周期，減少了維修費(fèi)用，技改共花費(fèi)人民幣約20 000 元，3個(gè)月就可以收回投資。

4 結(jié)論
① 污水廠進(jìn)水提升泵（離心泵）采用變頻水泵與普通水泵組合運(yùn)行，能夠更好的適應(yīng)來水水量波動(dòng)較大的情況；
② 利用Excel電子表格所具有的功能進(jìn)行變頻水泵性能曲線的計(jì)算、變頻水泵與未變頻水泵并聯(lián)運(yùn)行的計(jì)算，可以大大減少計(jì)算的工作量，取得事半功倍的效果，并且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。

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