淮北矿业相山水泥有限责任公司2500t/d吨熟料生产线循环冷却水池使用三台卧式单级离心水泵，为增湿塔提供雾化及全线大型设备轴瓦冷却用水，正常情况下两台开启、一台备用。其规格型号见表1所示。

　　表1  单级离心水泵参数

　　型号：KQWZC150/400—4.5/4  

　　配用功率：45kW   转速：1480r/min

　　流量：200m3/h   扬程：50m  必需汽蚀量：3.5m

　　电机型号：Y225M-4  功率：45kW

　　额定电流：84A       电压：380V 

　　功率因数： 0.84   

　　1   原始设计的缺点

　　三台离心泵为直接启动，手动闸阀控制出口流量。由于全线管路布局错综复杂、管道口径大小不一，所以管网阻力很大。单独开启一台离心泵时，水泵工作电流大于95A，高于额定电流，电机会出现异响发热状况，循环冷却水量低于200 m3/h，夏季时不能满足生产需求，给设备带来重大安全隐患；当开启两台水泵并联运行时，每台水泵正常工况下的电流在75A～80A左右，泵口出水压力高达0.5MPa，循环水量高于300 m3/h，完全能够满足生产设备需求。但在冬季或某些设备处于停运状态时，供水量相对太大，回水循环率太高，回水温度较低，在这种情况下同时开启两台水泵，无疑将是一种耗能行为。

　　图1所示为两台离心泵并联工作工况曲线，根据曲线分析，若两泵不并联，而是其中一台泵对管路工作，则当泵Ⅰ（或泵Ⅱ）单独工作时，其工况为点1（或2），流量为Q1（或Q2）。对比并联前后情况可知，并联后的等效泵（Ⅰ+Ⅱ）在管道c中的联合流量Qm大于任何一台单独工作时流量Q1或Q2，而并联后每台水泵各自的流量Qm1和Qm2都小于它们单独工作时的流量Q1和Q2，即Qm1＜Q1，Qm2＜Q2。形成这种状况的原因是由于并联后管路流量加大，管路中水头损失相应增加所致。

　　并联的目的是为了增加通过排水管路的流量。并联的效益η可以用并联后的流量Qm，与并联前扬程相对较高的水泵（泵Ⅱ）单独工作时的流量Q2之差，对扬程较低的水泵（泵Ⅰ）单独工作时的流量Q1之比值来度量。

　　很明显，管路阻力系数愈小，管路特性曲线愈平缓，并联效益愈高。反之，管路阻力系数愈大，管路特性曲线愈陡，并联效益愈差。由以上分析可知，既要保证供水流量随实际工作需要而变化，又要实现节能降耗目标，仅靠开闭水泵的数目或手动调节闸阀控制流量是不能同时达到目的的。

　　2  变频改造后节能效果

　　011年1月，我公司将其中的一台水泵进行了更换并加装变频改造，使之在冬季及大型设备停运的情况下，只开启一台变频水泵，其余两台作为备用以利于节能；而在其它季节，视大型设备润滑冷却供油温度情况（按照设计，稀油站回油温度小于50℃），再开启两台水泵并联供水，以降低轴瓦和润滑油温度。

　　变频泵的规格型号见表2所示。

　　表2  变频离心水泵参数

　　电机型号：JM250M—4  功率：55KW   电压：380V

　　转速：1480r/min      功率因数：0.87  电流：103A

　　流量：400m3/h   扬程：48m   必需汽蚀量：4m

　　配置RCC—E380—4T—0550变频器

　　从流体力学原理可知，使用感应电动机驱动水泵负载，当电动机的转速n1变化到n2时，Q、H、P与转速的关系如下：

　　Q1/ Q2= n1/ n2，输出流量Q与转速n成正比；

　　H1/H2=（n1/ n2）2，输出压力H与转速n二次方成正比；

　　P1/P2=（n1/ n2）3，输出轴功率P与转速n三次方成正比；

　　例如当需要80%的额定流量时，通过调节电动机的转速至额定转速的80%，即调节频率到50Hz×80%=40Hz，这时所需功率将仅为原来的（80%）3，即51.2%。

　　改造时，在水泵的出水管口接一压力变送器（工作范围0～1MPa），根据设备实际需求，在变频柜上设定运行频率用以调节电机转速、控制泵口出水压力和流量。数据显示，在只使用一台变频水泵并将频率设定为45Hz的情况下，电机电流稳定值为69A左右，泵口出水压力大于0.23 MPa，能够满足冬季生产需要；当频率设定为50 Hz（全频）时，电机电流稳定值为95A左右，泵口出水压力大于0.3 MPa，在该工况下，变频泵每小时实际消耗功率为P=

　　I×U×cosφ1 =×95×380×0.87 ≈54.4KW。

　　改造前，两台并联水泵每小时实际消耗功率为：

　　P=(I1+I2)×U×cosφ2=[(75A～80A)+( 75A～80A)]×380×0.84≈83KW～88KW，

　　亦即改造前后每小时至少可节电约83KW -54.4KW = 28.6KWh。