進水提升泵是城市污水廠的水力提升設備，設計選型合理的進水提升泵可以節約運行成本，根據國家有關部門統計，風機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行中的水泵大量采用閥門等進行流量調節，這種調節方式雖然簡便易行，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，應選擇合理的流量調節方式（如變頻調節等），以達到節能降耗的目的。筆者結合實際的運行情況，總結了污水處理廠進水提升泵（離心泵）采用變頻器后水泵的選型計算方法。

1 進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 臺進水提升泵，額定流量450m³/h，因為市政管網來水水量隨時間波動較大，高峰時期（14:00～21:00）水量約為1100 m³/h，低谷時期（2:00～8:00）水量約為750 m³/h，所以需要調節進水提升泵的開啟臺數（2臺或3臺）并通過調節管路總出口的閥門開啟度來調節流量，這樣才能保證20000 m³/d 的處理水量，但該運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）調整頻繁，故障率高、維修工作量增大；總進水電磁流量計前的水流處于紊流狀態，造成流量指示不準確，計量誤差大。為此，在4#水泵上增加變頻器，將其轉速降為1250～1450 r/min（300～450 m³/h），以實現普通水泵、變頻水泵搭配運行，長期保持進水提升泵總出口的閥門完全開啟，避免電能的無效消耗。

2 離心泵的選型計算
　　當離心泵的轉速發生改變以后其性能也將發生變化，因此在技術改造前需要對水泵的各種工況進行計算。
2.1 進水管路特性曲線的計算
　　繪制詳細的“進水提升泵—配水井”的管道系統圖，按比阻計算管路的水頭損失，得出管路總水頭損失隨流量變化的計算公式：
∑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計算出來相應的管路損失，將其繪制成二階多項式曲線，便得到了如圖1、2 所示進水管路特性曲線。

2.2 水泵不同轉速下工作特性曲線的繪制
① 繪制1 臺水泵正常轉速(n=1450 r/min)時的性能曲線，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
　　設水泵在n=1450r/min 時的性能曲線方程為：H=AQ²+BQ+C，根據離心泵相似定律的特例——比例率：Q1/Q=n1/n，H1/H=(n1/n)²，則轉速由n變為n1時的性能曲線方程為：

　　進一步整理得：

　　則當轉速降低為n1=1250r/min 時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，計算出水泵在轉速改變以后的一組（Q₁、H₁）的點，然后繪制與這些點相擬合的曲線。具體方法是使用Excel 計算出Q₁、H₁（見表1），然后使用Excel的繪圖功能，在繪圖區的添加趨勢曲線對話框中，選擇二階多項式及顯示公式功能，得出n₁=1250 r/min 時水泵性能曲線的方程。其結果與第一種方法所得出的方程完全一致。
　　兩種方法的計算結果見表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算表

水泵性能曲線 管道特性 正常轉速（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 水泵并聯工作時性能曲線的計算
　　因為實際的進水水量在750～1100 m³/h 之間波動，在增設變頻器后必須能夠適應這種變化，進水提升泵房共有4臺水泵，其中3臺普通水泵、1臺變頻水泵，必須考慮本不同水泵并聯工作時，是否能夠適應水量的變化并且消耗的能量最低。主要分1臺水泵+1臺變頻水泵并聯、2臺水泵并聯、2臺水泵+1臺變頻水泵并聯這三種工況來進行計算。
　　首先計算1 臺水泵與1 臺變頻水泵并聯工作時的性能曲線。以水泵在未變頻（n=1450r/min）時的揚程為基準，計算出在變頻水泵（n=1250r/min）相同揚程點的流量Q₁：利用得出的n₁=1250 r/min 時水泵性能曲線的方程，在已知水泵的揚程的情況下，用一元二次方程的求根公式計算出水泵在轉速改變時的流量：

　　計算結果如表2 所示。以（Q+Q₁）為橫坐標、揚程為縱坐標即可繪出1臺水泵與1臺變頻水泵并聯工作的性能曲線，它與管路特性曲線的交點即為水泵的實際工作點（見圖2）。

表2、不同水泵并聯工作時性能曲線計算表

水泵并聯工作性能曲線 管路特性曲線 1臺水泵流量(Q) 2臺水泵流量(2Q) 變頻水泵流量(Q₁) Q + Q₁ 揚程 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 臺水泵并聯、2 臺水泵+1 臺變頻水泵并聯工作時的性能曲線（見圖2）。由圖2可知，通過變頻器調節水泵電機的轉速，可以使流量在750～1100 m³/h 之間連續穩定運行。
2.4 實際運行時水泵流量的測定
　　經理論計算發現增設變頻器可以滿足實際工作時流量和揚程的要求，對上述組合工況的實測結果表明，論計算與實際運行的情況完全一致（見表3）。

表3 水泵的實際運行情況

工況 理論計算值 實測值 1臺普通水泵+1臺變頻水泵并聯 流量/（m³·h^-1） 760 690～750 出口壓力/MPa 0.159 0.15 2臺普通水泵并聯 流量/（m³·h^-1） 910 870～930 出口壓力/MPa 0.157 0.16 2臺普通水泵+1臺變頻水泵并聯 流量/（m³·h^-1） 1100 1060～1100 出口壓力/MPa 0.168 0.17

3 技改前后的經濟技術比較
　　技改以后水泵運行功率由30 kW·h 降為19.2 kW·h，運行費用大為降低（見表4）。

表4、水泵技改前后的運行費用比較

項目 電耗/（kW·h） 運行成本/（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：電價按0.55 元/（kW·h）計

　　 從表4可知，技改后可節約電費258元/d，同時還延長了設備的維修周期，減少了維修費用，技改共花費人民幣約20 000 元，3個月就可以收回投資。

4 結論
① 污水廠進水提升泵（離心泵）采用變頻水泵與普通水泵組合運行，能夠更好的適應來水水量波動較大的情況；
② 利用Excel電子表格所具有的功能進行變頻水泵性能曲線的計算、變頻水泵與未變頻水泵并聯運行的計算，可以大大減少計算的工作量，取得事半功倍的效果，并且計算結果準確。

參考文獻：
[1]張景成，張立秋.水泵與水泵站[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社.2003.
[2]程蓓,朱飆.離心泵的q-h 性能曲線理論分析及程序設計[J].安徽電力職工大學學報.1999,12:102—105.