第２卷第３期２００８年６月供水技术Ｖ０１．２Ｎｏ．３Ｗ＾肌ＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ．２００８水泵现场测试技术探讨任力１，王光辉２，花文胜２，杨忠元１（１．马鞍山首创水务有限责任公司，安徽马鞍山２４３０００；２．北京首创股份有限公司，北京１０００２８）摘要：探讨了针对水厂调速泵、定速泵性能曲线测试的有效方法，并提出了提高水泵现有运行效率的有效措施。水泵性能测试将为提高水泵运行效率，实现水泵的优化调度以及水厂的节能降耗奠定基础。水泵特性曲线的现场实测具有重要的经济效益和社会效益。关键词：水泵测试；特性曲线；节能降耗；随机误差文章编号：１６７３—９３５３（２００８）０３—００３４—０３中图分类号：ＴＵ９９１．６３文献标志码：ＢＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎＲｅｎＬｉ‘，ｏｎｔｈｅｏｎ－ｓｉｔｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｐｕｍｐｓｒａｎｇＺｈｏｎｇｙｕａｎｌ２４３０００，Ｃｈｉｎａ；ＷａｎｇＧｕａｎｇｈｕｉ２，ＨｕａＷｅｎｓｈｅｎ９２，（１．Ｍａ’ａｎｓｈａｎＣａｐｉｔａｌＷａｔｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｍａ’ａｎｓｈａｎ２．Ｂｅ彬ｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：ＣａｐｉｔａｌＥｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｅｓｔｉｎｇｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅ彬ｎｇ１０００２８，Ｃｈｉｎａ）ｃｕｒｖｅｆｏｒｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｐｕｍｐｓａｎｄｆｉｘｅｄｓｐｅｅｄｐｕｍｐｓｉｎｗａｔｅｒｗｏｒｋｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｕｍｐｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｅｓｔｉｎｇｏｆｐｕｍｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｌｌｅｎａｂｌｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｕｍｐｓａｎｄｒｅａｌｉｚｅｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ．Ｉｔｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｓｏｃｉａｌｂｅｎｅｆｉｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｓｔｉｎｇｏｆｐｕｍｐｓ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅ；ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｒａｎｄｏｍｔｏｌｅｒａｎｃｅ城市供水系统中，水泵动力费用约占制水成本的３０％～４０％，因此泵站的节能问题应引起重视，而调速泵性能测试是泵站优化与节能的重要前提。３８０Ｖ，功率因素ｃｏｓＯ由仪表显示。在测试前首先要检验与校正流量计、压力表、液２实测方法位计及电力仪表。由于单台泵前、后均没有安装超声波流量计（或电磁流量计）的空间，测试时须只开启待测水泵，在不同阀门开度下读取泵后压力表读１待测水泵的选择通过实地调研初步拟定出某水厂水泵的测试情况：选取ｌ’和４’机组进行现场测试，１。为定速泵，４’为调速泵，测试时间为凌晨００：００川２：００。４４调速泵型号为１２ＳＨ一９Ａ，扬程为４８ｍ，流量为８４０ｍ３／ｈ，制造时间为１９９８年１２月；电机型号为ＪＳｌｌ６—４，额定功率为１５５ｋＷ，电机效率为９２．７％。经调查，吸水井井底标高３．６９０ｍ，泵后压力表的安装高程为１０．７４０ｍ，两者高差为７．０５ｍ，吸水井液位计读数正常；每台水泵都安装有对应的泵前真空表和泵后压力表，无泵后流量计（出厂总管流量计有两台，分布在出厂总管两端），泵后管径为ＤＮ４００。每台水泵都有一个对应的三相电流表，额定电压为数，水泵流量为两台出厂总管流量计读数之和。读取电力仪表的读数，计算功率。读取吸水井液位计读数。扬程的计算方法如下：日＝（Ｚ２一Ｚ１一ｈ水深）＋Ｐ２／ｙ＋ｖＺ／２９（１）式中日为水泵扬程，ｍ；Ｚ。为吸水井井底标高，ｍ；Ｚ２为泵后压力表安装高程，ｍ；ｈ水深为吸水井液位计读数，ｍ；Ｐ：为泵后压力表读数，Ｐａ；ｙ为水的容重，Ｎ／ｍ３；ｇ为重力加速度，ｍ／ｓ２；秽为泵后压力表处水流的速度，ｍ／ｓ。功率的计算方法：·３４·万方数据 ２００８年６月任力，等：水泵现场测试技术探讨第２卷第３期＾，０＝Ｕ×，×√３×ｃｏｓ０（２）式中Ⅳ０为电机输入功率，ｗ；Ｕ为电压，Ｖ；，为平均电流，Ａ；ｃｏｓ０为功率因素。Ｎ＝Ⅳｏ×叼。式中Ⅳ为轴功率，ｗ；仉为电机效率，％。水泵效率叼＝ｙ·Ｑ·Ｈ／Ｎ。（３）ｉ：，—，——一’删．１８５７鬻．Ｑ一Ⅳ：。≮赢二，赫二。Ｑ２；Ｈ－－‘６２．５１２‘２－０．００００１２’５：；：’３、。，俨。＇－’呶．０一竹一一３实测结果分析由于调频设备的原因，４４调速泵测试时最大工频只能调到４６．８Ｈｚ。该频率下水泵的测试结果见表１。表１Ｔａｂ．１４’调速泵的水泵性能８ｐｅｅｄｐｕｍｐｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ４’ｖａｒｉａｂｌｅ编号流量／（Ｉｎ３·ｈ。１）１２３４５６７８９１０１１１２１３７０．３２１８．８３３５．１４４０．２４８４．４５２２．８５９２．２６５３．０７１４．４７６１．５８０２．９８２４．０８４８．８轴功率／ｋｗ６０．９６７８．８３９４．３８１１０．１５１１４．９９１１９．４１１２６．３４１３１．８１１３６．２２１４１．０６１４３．７９１４６．１０１４６．３１扬秽ｍ效彰％５２．７５５２．７ｌ５２．７ｌ５０．６７４９．６４４８．５９４７．５７４４．５１４２．４９４０．４６３８．４３３７．４ｌ３６．３９１６．５６３９．８２５０．９３５５．１１５６．９２５７．９ｌ６０．６９６０．０３６０．６６５９．４５５８．４ｌ５７．４４５７．４７变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率之间的关系：ｒ／，＝６０ｆ（１一ｓ）／ｐ（式中ｎ、厂＾ｐ分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机ｆ．，２磁极对数），其中ｓ、ｐ固定不变，所以！＝竽。通过流体力学的基本定律可知：泵类设备属平方转矩负载，其转速，ｌ与流量Ｑ，扬程日以及功率Ⅳ具有如下关系：Ｑｏｃ，ｌ，日０Ｃ／７，２，ＮＯＣｎ３。根据以上原理把频率为４６．８Ｈｚ下的测试结果换算成５０Ｈｚ下的测试结果，并应用最小二乘法将上述数据进行拟合，结果见图１。从图１可以明显地看出，测试时水泵的最高效率才达到６０．６９％，有较大的提升空间。水泵的扬程明显高于额定的４８ｍ，１３个测试点中有９个高于额定值。与提供的样本曲线相比，相同流量下的扬程偏高。通过水泵性能测试了解到真实的水泵特性曲·３５·万方数据 第２卷第３期供水技术２００８年６月驴警×１００％接测量值。（４）测试水厂２号流量计为电磁流量计，其仪表成套性差且误差率大。２００４年１０月该套仪表出现问题，其流量与超声波流量计相比，误差率为一２６％。用超声波流量计对其进行校准后，仪表参数设置为１式中６为直接测量值的引用误差，即仪表（压力表、流量计等）准确度，％；Ａ为测量仪表满量程；菇为直间接测量值的系统误差由５误差传递定律计算：４００时，误差率为一６．４％。５结语①在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法比改变管路特性曲线要显著得多，而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显。②变频调速适用于流量不稳定，变化频繁且幅度较大，流量经常明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。艿＝±１，√甜ｎ缸Ｏｆｌ，２癣×１００％Ｏ丑ｉ（５）其中笋为误差传递系数；反为各直接测量值的误差，％∥是间接测量值。４．２随机误差水泵测试的随机误差主要是由于测量次数的限制，其误差服从ｔ分布，即：Ａ＝±＝ｔａ—＿ｌ＝Ｏ－菇ｎ（６）参考文献：ＧＢ３２１６－－１９８９离心泵、混流泵、轴流泵和旋流泵试［１］验方法［ｓ］．［２］严煦世，赵洪宾．给水管网理论和计算［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９８６．［３］陈森发，钟伟俊，徐南荣．供水系统的自动化管理［Ｊ］．自动化，１９８８，（３）：１３—１４．［４］黄宇阳，韩德宏．配水泵站的水泵测试［Ｊ］．给水排水，２００５，３１（９）：１０２—１０４．［５］王大志．水泵站优化控制系统的专家智能系统［Ｊ］．城镇供水，１９９７，（５）：８—１１．［６］ＣｏｍｉｃｋＧＭｃ．Ｏｐｔｉｍａｌｐｕｍｐｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｉｎｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｍａｘｉｍｕｍｄｅｍａｎｄｗａｔｅｒ式中Ａ为随机不确定度；ｎ为测量次数；ｔ为９５％置信概率的ｔ分布系数；孑为算术平均标准偏差的估计值；戈为ｎ次测量的算术平均值。４．３综合误差综合误差ｅ由系统误差和随机误差组成：ｅ＝＾‘孓，测试水厂的ｌ号电磁流量计其出厂流量参数设置为１．３８２，该参数表示为流速，目前设为１．４５１。流速调大，转换器的４～２０ｍＡ输出信号变小，由于二次表的量程设为２５００，流量也减小，根据流量公式Ｑ＝３．１４×Ｒ２×Ｖ×３６００，当流速为１．３８２管径为０．８ｉｎ时，计算得到流量为２速为１．４５１ｍ／ｓ时，流量为２４．７％。６２４５００ｍ／ｓ，ｓｕｐｐｌｙｏｆｃｈａｎｇｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００３，（５）：３７２—３８０．ｉｎ３／ｈ；而流Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｇｈ＠ｅａｐｉｔａｌｗａｔｅｒ．ｅｎｍ３／ｈ，误差率为收稿日期：２００８一０５一ｌＯ发挥水资源的多种功能协调好生活、生产经营和生态环境用水·３６·万方数据 水泵现场测试技术探讨
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
任力， 王光辉， 花文胜， 杨忠元， Ren Li， Wang Guanghui， Hua Wensheng， YangZhongyuan
任力,杨忠元,Ren Li,Yang Zhongyuan(马鞍山首创水务有限责任公司,安徽,马鞍山,243000)， 王光辉,花文胜,Wang Guanghui,Hua Wensheng(北京首创股份有限公司,北京,100028)供水技术
WATER TECHNOLOGY2008，2(3)0次
1.GB 3216-1989.离心泵、混流泵、轴流泵和旋流泵试验方法2.严煦世.赵洪宾 给水管网理论和计算 1986
3.陈森发.钟伟俊.徐南荣 供水系统的自动化管理[期刊论文]-自动化 1988(03)4.黄宇阳.韩德宏 配水泵站的水泵测试[期刊论文]-给水排水 2005(09)5.王大志 水泵站优化控制系统的专家智能系统 1997(05)
6.Comick G M C Optimal pump scheduling in water supply systems with maximum demand changes 2003(05)
1.会议论文 马力辉.刘遂庆 协方差分析在确定水泵特性曲线中的应用 2005
本文在对水泵特性曲线测试方法分析的基础上,提出了应用数理统计中协方差分析方法,对大量的实测数据进行进一步分析,从而确定了更为可靠的水泵特性曲线。该方法理论依据充分,应用简便,效果显著,值得推广。
2.学位论文 力昌兵 微机水泵综合参数测试系统的研究与开发 2002
该论文所研究的课题来自于安徽莱恩电泵公司经安徽经贸委立项的一个技改项目,主要进行水泵性能参数测试的理论研究、误差分析和测量数据的处理,并确保测试系统达到国家规定的B级精度要求.水泵技术是一门半理论半经验的试验学科,试验性研究在水泵发展中具有举足轻重的地位和作用.作者在参阅大量国内外有关文献,着重探讨了水泵流量、扬程、轴功率、转速的测试原理和测试方法,提出了采用电测法并结合电机效率特性曲线测量水泵轴功率,从而避免了损耗分析法中大量复杂的中间过程,满足了试验装置的自动化测量要求;采用漏磁感应线圈法测量电机转速,弥补了其它转速测量方法对水下电机测试的局限性,适应了莱恩公司开发潜水电泵的实际需要.在研讨的基础之上,作者设计出以单片机系统为核心的外围测量电路,实现对各类传感器输出信号的实时、准确的数据采集.此外,作者还对水泵测试系统的精度作了分析,对测量系统误差的主要来源的进行了探讨,推导了选择测试仪表精度的数学模型.在测量数据的处理中,采用了中值滤波与二次曲线拟合技术,从软件上尽可能保证测量值的准确性.通过该论文的研究工作,尤其所采用的轴功率、转速测量方法、精度分析和数据处理,对今后提高水泵测试系统的精度及自动化程序具有实际意义.
3.会议论文 黄宇阳.韩德宏 配水泵站的水泵测试 2007
讨论由于大部分的配水泵站是根据最高日、最高时的流量和压力进行选泵,因此当水厂的出厂流量和压力达不到该流量和出厂压力时,水泵的效率就会偏离高效段,造成水泵的效率下降。通过水泵测试,我们了解了水泵的运行工况,并针对水泵存在的问题,提出提高水泵效率的措施,这对于水泵的日常运行管理很重要。同时,由于水泵生产商的理论曲线和水泵的实际运行曲线有误差,因此,通过水泵测试,可以了解真实的水泵特性曲线,为给水管网水力计算模拟提供数据。
4.会议论文 陈德峰 用户水泵测试装置 1986
介绍了一种新的用户水泵测试装置。和它的基本原理。说明了如何标定，怎样使用以及注意事项，并初析了影响它精度的原因。优点为用户捕捉水泵及水泵装置的最佳工作点以及合理配套提供测试手段。（本刊录）
5.期刊论文 何芳.郭五珍.吴迪.黄晓君.陈永源.HE Fang.GUO Wu-zhen.WU Di.HUANG Xiao-jun.CHEN Yong-yuan 供水泵站水泵性能现场测试技术探讨 -中国给水排水2007,23(8)
供水泵房水泵的运行工况数据和相关工作特性曲线是供水系统优化运行和科学管理的重要基础数据.佛山市水业集团公司利用泵站现有的监测设备,自行组织实施水泵现场测试工作.通过分析其测试内容和方法以及对测试结果的验证,证实了该测试技术的有效性和可靠性,证明了供水企业自行实施水泵测试工作的可行性,对供水企业的生产调度具有直接的指导意义.
6.学位论文 李红连 水泵微机测试系统研究 2004
该文针对水泵微机测试系统进行了深入的理论分析和实验研究.随着水泵技术和计算机技术的迅速发展,对水泵测试系统的精度、速度、操作界面等提出了越来越高的要求,对此进行深入的研究具有重大的理论和实用意义.该文研究了水泵测试系统的基本理论和方法;分析了水泵的能量特性和汽蚀特性,为水泵测试系统数据采集和试验数据处理的软件开发研究提供了理论基础.该文详细介绍了水泵微机测试系统的构成和在WINDOWS操作系统下对其软件进行开发.对于水泵能量特性曲线和汽蚀实验的流量—汽蚀余量(Q-NPSH)曲线,该文选用了Chebyshev多项式数据拟合法;对于汽蚀实验的扬程—汽蚀余量(H—NPSH)曲线,该文基于牛顿均差插值法和逐次线性插值法的原理,提出一种逐次向后分段的牛顿均差插值法进行曲线拟合;以上两种方法拟合的曲线光滑、真实和效果好.该文研制的水泵微机测试系统经过在该校四川省流体机械重点实验室水泵实验台实测验证,结果表明该系统操作方便、工作可靠和测试效果好.
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