水泵调速技术在喷灌工程中应用的探讨-水利水景网

一

概述

    一般喷灌工程中的压力配水大多是使用电机水泵来完成，水泵用电占喷灌运行费用的比例较大，因此水泵运行效率的高低对喷灌运行成本影响很大。
    面积较大的喷灌工程通常采用分片轮灌的工作方式。各片区的地形，和泵房距离及喷头数量不尽相同，使得对水泵的要求也不相同。为了使所有喷头都能正常工作，通常水泵是按能满足压力最不利点的工况来选择。此工况点一般也是水泵正常工作点，即额定点。对于低处和距泵较近的片区则采用关阀门节流来调整喷头工作压力。这样将会有多余扬程损失在阀门上，使水泵偏离高效工作区，造成能量大量浪费，形成严重的不经济运行。为此采用调速技术，使水泵能根据不同片区工况调整输出特性，适应喷头工作要求，且在各种工况下均能高效运行，从而达到节电和稳定压力的效果。
    本文仅从水泵性能和调速原理探讨水泵调速技术在喷灌工程中的应用。

二

泵房工况分析与水泵调速节电原理

    喷灌工程中的水泵一般均为叶片泵，叶片泵的特性分别以Q～H,Q～N,Q～η曲线表示扬程、轴功率、效率与流量的关系。
    另外水泵工作系统的特性，常以Q～G曲线表示。
    式中H=Hn+Hf,Hf=CQ2,Hn=H净+H喷
    C——水泵到喷头的管路水力系数；
    H净——水泵到喷头所处地点净扬程；
    H喷——喷头工作压力。
    H=Hh+CQ2为一通过Hh点的二次曲线，Q～H与Q～G曲线的交点A即为水泵的正常工作点，一般为压力最不利片区工作在此点，通常也是水泵额定点。
    当启用不是处于正常工作点的片区时，水泵将工作在以下工况。
    地势较低处的片区时，H净降低，水泵扬程高于喷头额定工作压力，喷头流量也大于额定流量，水泵工作点比正常工作点低，即Q～G曲线最低到Q′～G′与Q～H交点A′点。若H净降低较多，水泵将会工作在非高效区。
    当片区处地势较低，喷头数又较少时，H净降低，水泵扬程高于喷头额定工作压力。同时喷头数少，片区需要流量减少，系统压力将偏高，更使喷头工作压力大于额定压力，这样喷头工作流量也比额定流量大得多，水泵工作点比正常工作点低，即Q～G曲线最低到Q″～G″与Q～H交点在A″点。
    地势高程与正常工作点片区一样，但喷头数量较少时，由于片区需要流量减少，系统压力将偏高，使喷头的工作压力和流量都大于额定值，水泵工作点比正常点高。即Q～G曲线最高到Q″～G″，与Q～H交点在A′点。
    显然上述几种工况中，喷头都在非额定值下工作，影响使用效果，严重的还会损坏喷头。因此必须采取措施使喷头工作在允许压力范围内，在工程中一般常用以下几种方式。
    1.小工作片区进水闸阀或关小水泵出口闸阀，相当增加管道阻力系数，使Q～G曲线上升，与水泵Q～H上该片区所需流量点相交，把多余水头浪费在阀门上。
    2.用几台不同扬程和不同流量的水泵组合，根据不同片区的扬程、流量选择运行水泵或水泵组合，此方式没有阀门的压力损失，但在地形复杂、喷头分布很不均匀的工程中，将会使水泵台数增加较多。水泵调速：水泵调速后，效率基本不变，因此可降低转速，使其特性曲线与系统特性曲线相交所需流量处于B′、B″和B点。此时其对应转速正满足需要流量，没有任何水头浪费，其工作效率也较高。水泵调速虽然是节电措施，但其投资较大，而且不是在任何情况下均经济合理，为防止工作中的盲目性，在应用前应进行节电计算和经济比较。
    3.调速设备的选用
    调速泵的特性选择应使调速泵的各设计组合在能满足最大设计水量的基础上，尽量使调速高效特性曲线，接近各片区系统特性曲线。调速设备选择：调速设备种类很多，性能也各不相同，在喷灌泵站的调速中宜选用变频或电磁转差离合器。变频调速技术较新，效率较高，维护条件较好，但要求管理技术较高，投资也较大。电磁转差离合器控制部分简单，价格较低，维护简单，但传动效率在低速时较低，适合于高速高变速率或资金紧张，管理技术条件较低的情况。泵房运行中的压力调节：把水泵起动后，分别启用各片区，调节水泵转速，使泵房出水压力至适合喷头工作，此压力即为各片区相应的控制压力。在运行中只要根据启用的片区，泵房出水压力为相应控制压力即可。