供水系统的节能原理

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　　在我们的日常生活中，离不开供水系统，但如何提高供水的质量，以保证我们供水时不但能够有恒定的供水压力，而且还能节省大量的电能，延长水泵的寿命，是摆在我们面前的一大难题。现在日益成熟的变频调速技术，为我们打开了这扇门。
一． 供水系统的主要参数
（1） 流量Q 是单位时间内流过管道内某一截面的水流量。在管道截面不变的情况下，其大小决定于水流的速度。符号是Q，常用单位是m3/min。
（2） 扬程H 是供水系统中把水从一个位置上扬到另一位置时水位的变化量，数值上等于对应的水位差。数值上等于对应的水位差。通常用单位米来表述。
（3） 实际扬程HB 供水系统中，实际的最高水位h2与最低水位h1之间的水位差，即供水系统实际提高的水位，称为实际扬程。
（4） 管阻R 是阀门和管道系统对水流的阻力。因为不是常数，难以简单地用公式来定量地计算，通常用扬程与流量之间的关系曲线来描述。
（5） 压力P 是表明供水系统中某个位置（某一点）水压的物理量。其大小在静态时主要取决管路结构和所处的位置，而在动态时，则还与流量与扬程之间的平衡情况有关。
二． 供水系统的特性和工作点
1.扬程特性 以管路中的阀门开度不变为前提，表明在某一转速下，全扬程与流量间的关系的曲线H1=f(Q)，称为扬程特性曲线，如曲线1所示。
在供水系统中，水泵是供水的“源”，因此，扬程特性可以看成是“水源特性”，或者说是“水源”（即水泵）的外特性。意思是说，用户用水越多（流量越大），管道中的摩擦损耗也就越大，供水系统的全扬程就越小。
因此，扬程特性是反映用户的用水需求状况对全扬程的影响的。在这里，流量的大小取决于用户，因此，用水流量用Q1表示。
2.管阻特性 以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，全扬程与流量间的曲线H1= f(Q),称为管阻特性曲线，如图曲线2所示。
　　管阻特性是表明由管阻（阀门开度）来控制供水能力的特性曲线。在这里，流量的大小取决于阀门的开度（即管阻的大小），是由供水侧来决定的，故管阻特性的流量可以为是供水流量，用Q2表示。
　　当供水流量Q2接近于0时，所需的扬程等于实际扬程（H1=H2）。其物理意义是：如果全扬程小于实际扬程的话，将不能供水。因此，实际扬程也是能够供水的基本扬程。

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3.供水系统的工作点 扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图（1）中的N点。在这一点上，供水系统即满足了扬程特性，也符合管阻特性，供水系统处于平衡状态，系统也稳定运行。
4.供水功率 供水系统向用户供水时所消耗的功率P1(KW)称为供水功率，供水功率与流量和扬程的乘积成正比：
P1=CpH1Q
式中Cp---比例常数。
由图1可以看出：供水系统的额定功率与面积0ANG成正比。
三．调节流量的方法和比较
如上所述，在供水系统中，最根本的控制对象是流量。因此，要讨论节能问题，必须从考察调节流量的方法入手。常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种。
1. 阀门控制法 即通过关小或开大阀门不调节流量，而转速则保持不变（通常为额定转速）。阀门控制法的实质是：水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量，以适应用户对流量的要求。这时，管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。
如图2所示，设用户所需的流量为Qx为额定流量的60%（即Qx=60%Qn），当通过关小阀门来实现时，管阻特性将改变为曲线③，而扬程特性则仍为曲线①，故供水系统的工作点移至E点，这时：流量减小为QE（=Qx）；扬程为HE；由式2知，供水功率P1与面积0DEJ成正比。
2. 转速控制法 即通过改变消耗的转速来调节流量，而阀门开度则保持不变（通常为最大开度）。转速控制法的实质是通过改变水泵的转速来调节流量，从而适应用户对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。
仍以用户所需流量等于60%为例，当通过降低转速使Qx=60%Qn时，扬程特性为曲线④，管阻特性仍为曲线②，故工作点移至C点。这时，流量减小为QE(=Qx)，扬程减小为Hc，供水功率Pc与面积0DCK成正比。

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3. 两种方法的比较 比较上述两种调节流量的方法可以看出，在所需流量小于额定流量（Qx需水能力Q2，则压力上升；
如：供水能力Q1<需水能力Q2，则压力下降；
如：供水能力Q1=需水能力Q2，则压力不变；
可见，供水能力与用水能力需求之间的矛盾具体地反映在流体压力的变化上。从而，压力就成为了用来作为控制流量大小的参变量。就是说，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和需水能力处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水系统所要达到的目的。
总之，水泵采用变频调速后，不但保证了供水压力的恒定，而且还节省了大量的电能，延长了水泵的寿命，对整个供水系统的运行有很大的好处。