仲崇威，张大奇，纪丰远

（大连市供水有限公司，辽宁 大连 116011）

1 问题的提出

大连市英那河泵站1号恒速泵在运行中存在过流量问题，即水泵在运行时的流量超过额定流量，最多时超出30%以上。过流量可导致机组振动加剧、噪声加大，长期下去就将使设备的金属结构产生金属疲劳；过流量时水泵也容易产生汽蚀，造成泵壳及叶轮损伤，缩短水泵的使用寿命；过流量也使水泵效率降低，导致供水单耗增加。这些情况对设备的安全运行是不利的。

2 解决问题的办法

2.1 车削水泵叶轮

适当车削水泵叶轮来降低恒速泵的流量，水泵叶轮车削定律是：水泵叶轮车削后的直径D1、流量Q1、扬程H1、功率P1与水泵车削前的直径D、流量Q、扬程H、功率P之间的关系是 Q/Q1=D/D1，H/H1=（D/D1）2，P/P1=（D/D1）3。用这些关系式可以作出水泵叶轮车削后的水泵特性曲线，这条曲线被称作是原特性曲线的相似特性曲线。相似特性曲线与管路特性曲线的交点就为新的水泵工作点。叶轮车削后，水泵运行时的输出流量相对减少了，降低了水泵的过流量程度，甚至可以完全解决水泵的过流量问题。

水泵的比转速：

式中：n为水泵的转速，r/min；q为水泵的流量，m3/s；j为首级叶轮吸入口数，双吸泵为2倍（英那河泵站的水泵为水平中开双吸离心泵）；h为水泵的扬程，m；i为叶轮级数，在这里为1。

根据水泵的车削规定，比转速为60＜Ns＜120的水泵，叶轮外径车削的最大允许量为叶轮直径的20%。这么大的车削量可以使恒速泵的工作流量基本满足要求，处于额定流量附近，运行中不会过流量或略过一点，这是允许的。最大允许量是以水泵效率不因叶轮的车削而降低为前提的。

以上是1台泵供水走1根管线时的情况。因为英那河泵站供水有许多的特殊性在里面，即有许多的运行方式，如：开1台机供水、开2台机供水、开3台机供水、开4台机供水。而且在有些时候还有2条供水管线与机组的排列组合问题，还有水库水位的变化，等等。所以，水泵叶轮车削问题，要慎重、要考虑这些特殊情况（各种运行方式），应使之相互兼顾，留有裕量。具体车削多少，需要详细计算。

2.2 恒速机改为变频器驱动

将恒速机改为变频器驱动（利用现有的变频器）可以解决水泵过流量问题。

1）首先将恒速电机的接线方式由星接（Y）改为角接（△）。

现有的2～5号机变频器的输出电压最高为4 160 V，而目前恒速电机的工作电压为10 kV（10 000 V），二者的差距太大，不能直接由变频器来驱动。1号恒速电机的接线为星接（Y），它的额定相电压为U相=U线/=10/1.732=5.77 kV。当把星接（Y）改为角接（△）时，1号恒速机工作的额定电压就变为5.77 kV（线电压、也是相电压），比较接近于输出电压4 160 V，就可以用1台变频器来驱动恒速电机，实现调频供水，解决了恒速泵过流量的问题。

恒速电机接线改动后额定功率的变化：恒速电机绕组中的额定电流为196 A，改动后额定输出功率变为 P1=I相·U相·3cosφ=196×4.16×0.8×3=1 957 kW（0.8为电机的功率因数）。这是最大的允许输出功率，约为2 000 kW。应当注意，恒速电机改为角接后的线电流（原线电流为196 A，这个值也是原来的相电流）变为I线=I相=1.732×196=339 A，这是额定电流，运行中不允许超过此值。

从电机输出功率的角度来估算它带动水泵时的供水量。因为开1台机走1根管线供水时，在水库低水位（60 m）时输入电机的功率大约为1 391 kW（额定流量供水），1 391<2 000，所以改动后的1号机在变频器的驱动下，可以按额定流量供水，而不管水库水位怎样变化都能满足要求。但在开2台机走1根管线供水时，在水库平均水位附近区域（65～70 m）及以上，1号水泵可以维持额定流量（6 875 m3/h）供水；而在水库低水位时，1号泵的出水量会略低于额定流量，因为其输出的额定功率不足，低水位额定供水大约需要2 100 kW左右，按额定量供水则电机略过负荷。

2）变频器 1拖 2（1-2）供水方案。

1拖2是指用1台变频器来带2台电机，其中1台为1号机，但这2台电机不同时工作，1台工作时另1台必须停止。泵站有4台变频器，可以从中选择1台来完成1拖2的任务。这种运行方式不改动变频器内部的驱动程序，变频器内部的输出电压、电流与功率之间的相对调节关系是不变的。这样，变频器可为1号机提供的最大功率为1 600 kW左右（实测），可见，不管水库水位怎样变化，开1号机走1根管线供水时，1号泵可按额定流量运行。当开2台机走一根管线供水时，1号机只能在水库水位处于高水位区域时按额定流量供水，因为此时变频器的运行数据为（实际的）：电压3 436 V，电流327 A，功率1 593 kW。而改动接线后的1号机的额定电流为339 A，已接近327 A。可以选择2号机变频器来作为1号机组和2号机组的共用变频器。

变频调速可以改变水泵的流量是因为水泵的比例定律是：对于同1台水泵，当它的转速改变后，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，功率与转速的3次方成正比。所以改变转速就可以改变水泵的流量。

3）单独拿出1台变频器来给1号机组专用。

这种做法可以充分利用变频器的输出功率，但需要修改变频器内部的驱动软件，使之当变频器的输出电压在4 160 V时，输出电流为339 A，输出的有功功率为2 000 kW。这样，基本可以保证1号机组在各种运行方式下按额定流量供水。剩下的4台机组就必须有2台机组为1拖2运行方式。此时的变频器内部控制软件不用做任何变动，维持原样。这种做法，设备的改动量比较大，这是其缺点。

水库低水位时开1号恒速机，其过流量会小一些。这只是开1号机时的选择，而不是从根本上来解决问题。水库在低水位时，对于运行中的水泵来说，相当于它的扬水地形高度增加了，使水泵的工作点由低扬程位置向高扬程位置移动，这样就导致水泵在运行时的流量变小。

3 变频器与电机参数的匹配

单独选1台变频器来给恒速专用，这也是一个可行的方案。但是投资比较大，要有相应的土建工程，需要建造房屋等等。有些型号的变频器对电机的控制项目是比较多的，不只是频率、电压、电流的控制，也要对电机固有的一些参数进行控制，即对于不同型号的鼠笼式三相交流异步电机，变频器内部的驱动软件要做相应的调整，使之与电机所固有的部分参数相匹配。而有些厂家生产的变频器就具有广泛的适应性，对于它所能驱动的不同型号的电机，自己的内部驱动程序无需做任何改动。

综上，通过改变驱动方式的办法可以解决过流量问题。

［1］陈国呈，等.变频驱动技术及应用［M］.北京：科学出版社，2009,4.

［2］姚永刚.机电传动与控制技术［M］.北京：中国轻工业出版社，2005,4.