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水泵調速技術在噴灌工程中應用的探討
摘要：根據噴灌工程中泵房運行工況的特點，從水泵運行性能探討水泵調速技術在工程中的應用。
關鍵詞：工況 調速 效率
1、概述
一般噴灌工程中的壓力配水大多是使用電機水泵來完成，水泵用電占噴灌運行費用的比例較大，因此水泵運行效率的高低對噴灌運行成本影響很大。
面積較大的噴灌工程通常采用分片輪灌的工作方式。各片區的地形，和泵房距離及噴頭數量不盡相同，使得對水泵的要求也不相同。為了使所有噴頭都能正常工作，通常水泵是按能滿足壓力zui不利點的工況來選擇。此工況點一般也是水泵正常工作點，即額定點。對于低處和距泵較近的片區則采用關閥門節流來調整噴頭工作壓力。這樣將會有多余揚程損失在閥門上，使水泵偏離工作區，造成能量大量浪費，形成嚴重的不經濟運行。為此采用調速技術，使水泵能根據不同片區工況調整輸出特性，適應噴頭工作要求，且在各種工況下均能運行，從而達到節電和穩定壓力的效果。
本文僅從水泵性能和調速原理探討水泵調速技術在噴灌工程中的應用。
2、泵房工況分析與水泵調速節電原理
噴灌工程中的水泵一般均為葉片泵，葉片泵的特性分別以Q～H，Q～N，Q～η曲線表示揚程、軸功率、效率與流量的關系，見圖1。
另外水泵工作系統的特性，常以Q～G曲線表示。
式中 H＝Hn＋Hf，Hf＝CQ2，Hn＝H凈+H噴
C——水泵到噴頭的管路水力系數；
H凈——水泵到噴頭所處地點凈揚程；
H噴——噴頭工作壓力。
H＝Hh＋CQ2為一通過Hh點的二次曲線，Q～H與Q～G曲線的交點A即為水泵的正常工作點，一般為壓力zui不利片區工作在此點，通常也是水泵額定點。
當啟用不是處于正常工作點的片區時，水泵將工作在以下工況。
地勢較低處的片區時，H凈降低，水泵揚程高于噴頭額定工作壓力，噴頭流量也大于額定流量，水泵工作點比正常工作點低，即Q～G曲線zui低到Q′～G′與Q～H交點A′點。若H凈降低較多，水泵將會工作在非區。
當片區處地勢較低，噴頭數又較少時，H凈降低，水泵揚程高于噴頭額定工作壓力。同時噴頭數少，片區需要流量減少，系統壓力將偏高，更使噴頭工作壓力大于額定壓力，這樣噴頭工作流量也比額定流量大得多，水泵工作點比正常工作點低，即Q～G曲線zui低到Q″～G″與Q～H交點在A″點。
地勢高程與正常工作點片區一樣，但噴頭數量較少時，由于片區需要流量減少，系統壓力將偏高，使噴頭的工作壓力和流量都大于額定值，水泵工作點比正常點高。即Q～G曲線zui高到Q″～G″，與Q～H交點在A′點。
顯然上述幾種工況中，噴頭都在非額定值下工作，影響使用效果，嚴重的還會損壞噴頭。因此必須采取措施使噴頭工作在允許壓力范圍內，在工程中一般常用以下幾種方式。
（1）關小工作片區進水閘閥或關小水泵出口閘閥，相當增加管道阻力系數，使Q～G曲線上升，與水泵Q～H上該片區所需流量點相交，把多余水頭浪費在閥門上。
（2）選用幾臺不同揚程和不同流量的水泵組合，根據不同片區的揚程、流量選擇運行水泵或水泵組合，此方式沒有閥門的壓力損失，但在地形復雜、噴頭分布很不均勻的工程中，將會使水泵臺數增加較多。
（3）水泵調速：水泵調速后，效率基本不變，因此可降低轉速，使其特性曲線與系統特性曲線相交所需流量處于B′、B″和B?點。此時其對應轉速正滿足需要流量，沒有任何水頭浪費，其工作效率也較高。
水泵調速雖然是節電措施，但其投資較大，而且不是在任何情況下均經濟合理，為防止工作中的盲目性，在應用前應進行節電計算和經濟比較。
3、調速設備的選用
（1）調速泵的特性選擇應使調速泵的各設計組合在能滿足zui大設計水量的基礎上，盡量使調速特性曲線，接近各片區系統特性曲線。
（2）調速設備選擇：調速設備種類很多，性能也各不相同，在噴灌泵站的調速中宜選用變頻或電磁轉差離合器。變頻調速技術較新，效率較高，維護條件較好，但要求管理技術較高，投資也較大。電磁轉差離合器控制部分簡單，價格較低，維護簡單，但傳動效率在低速時較低，適合于高速高變速率或資金緊張，管理技術條件較低的情況。
（3）泵房運行中的壓力調節：把水泵起動后，分別啟用各片區，調節水泵轉速，使泵房出水壓力至適合噴頭工作，此壓力即為各片區相應的控制壓力。在運行中只要根據啟用的片區，泵房出水壓力為相應控制壓力即可。
