水泵并联工作的特点是

当第一台水泵的出水管连接在第二台泵的吸人管时称为两台水泵串联见图1--34(b)当第一台水泵与第二台水泵的吸入管连接在一起，出水管也连接在一起时称为水泵的并联见图1--34(a)。

在理想状态下，同型号同规格的两台水泵其流量与扬程关系是:

串联时:Q＝Q1＝Q2

H＝H1＝H2

从上两式得知，当两台或两台以上水泵串联时流量并无大的改变而扬程叠加。

并联时:Q＝Q1+Q2

H＝H1＋H2

即当两台或两台以上水泵并联时，其系统的扬程无大改变，但流量叠加。

水泵的串联常用于给水管网加压，室外给水管网的加压泵站即采用水泵串联方式。

水泵并联常用于单台水泵不能满足流量要求时，或选择系统流量过大的单台水泵会造成运转费用增加时。并联可根据用水量的多少及用水高峰调节开启水泵的台数，降低运行成本。

采暖系统中循环水泵经常采用并联的方法以满足流量要求，备用水泵也采用并联方式。

在水泵并联、串联时，应采用同种类型及同种规格的水泵连接，因同类型水泵特性曲线基本相同，流量及扬程易接近较理想状态。

水泵的串联运行

有时一台水泵的扬程不够，更换一台扬程高一点的离心泵又没有合适的，这时可以用两台扬程较低的水泵串联起来工作，所谓两台水泵串联就是第一台水泵的出口接第二台水泵的入口，但不是随便两台泵都能串联工作的，兴崛供水设备水泵的串联运行必须具备以下条件：

1.两台泵的流量基本上相等，至少两台水泵的最大流量基本上相等。

2.后一台泵的强度应能承受两台泵的压力总和。

串联运行后的总扬程是两台泵扬程的总和，其流量还是一台泵的流量。串联对应把扬程低的那一台放在前面，扬程高的那一台放在后面，这样有利于泵对压力的承受，若串联的两台泵扬程都很高，后一台泵的强度不能承受两台泵的扬程总和时，可采取第一台泵将水送到一定高度后，再接第二台泵。

水泵的并联运行

水泵的并联运行就是一台泵的流量不够，或者输水管道流量变化很大时，可以用两台或几台泵的出水管合用一条输水管道，水泵并联运行也并不是随便几台泵都能并联工作的。水泵并联运行的条件是：并联运转的几台水泵的扬程基本上相等，并且扬程曲线是下降的，不然的话，扬程低的水泵不能发挥作用，甚至从扬程低的那台泵倒流。并联运行后，水泵的扬程不变，流量是几台并联泵流量的总和。

并联运行安装时，在汇合点前各台泵的管路阻力最好都一样，各台泵的出口均应安装一个闸阀，以便一台泵有故障时，其他泵还可以运行。

泵并联运行时，不但可以节省输水管用量，缩小占地面积，而且当一台泵有故障时，送水不中断，还可以用开泵的台数调节流量。

相同型号的水泵并联运行,水泵并联运行的流量

因为两台泵从同一水池吸水送往同一高地水池，即静扬程Hst相同，并且从吸水口A、B两点至并联节点O点的管路完全相同，因此，AO、BO管段的水头损失相同，因此，两台水泵的扬程相同。AO、BO两管段通过的流量均为Q1+2/2,OG管段通过的总流量为两台泵的流量之和。所以，两台泵在并联运行时总流量等于两台离心泵流量之和，总扬程等于各水泵扬程。按照横加法原则，将单台水泵同一扬程下的流量扩大两倍即可得到两台泵并联工作的（Q-H）1+2曲线。

根据上面的分析可知，两台水泵的静扬程相同，管路中的水头损失也相同，即并联之后两台水泵的扬程相等，且等于总扬程。

单泵工作时的轴功率大于并联工作时各单泵的轴功率。因此，在选配电动机时，要根据单泵单独工作的轴功率来配套。另外，两台泵并联工作时的总流量并不等于单台泵单独工作时流量的两倍，这种现象在多台泵并联时，就很明显。

多台同型号水泵并联工作的特性曲线同样可以用横加法求得，每增加一台水泵所增加的水量并不相同，水泵并联越多，增加的水量就越少。

以一台泵工作流量为100，当两台水泵并联的流量为190，比单泵工作时增加了90，三台泵并联的总流量为251，比两台泵并联时增加了61，四台泵并联的总流量为284，比三台泵并联增加了33，无台泵并联的总流量为300，仅比四台泵并联增加了16.由此可见，当水泵并联台数4-5台以上时，增加的流量很小，已经没有意义了。每台水泵的工况点，随着并联水泵台数的增多，而向扬程高的一侧移动。台数过多就可能使工况点移出高效段范围。所以，是否通过增加并联工作的水泵台数来增加水量，要通过工况分析和计算决定，不能简单地理解增加水泵台数就能成倍增加水量。尤其是改扩建工程，更要认真分析计算水泵并联工况，才能确定。

第一台离心泵的出水管连接在第二台泵的吸人管时，称为两台离心泵串联，

离心泵的串联示意图如下图a。第一台离心泵与第二台泵的吸入管连接在一起，出水管也连接在一起时，称为离心泵的并联，离心泵的并联示意图如下图b。

当两台或两台以上离心泵串联时流量并无大的改变，而扬程叠加，但总扬程小于各单泵的扬程之和。当两台或两台以上水泵并联时，其系统的扬程无大改变，流量叠加，但总流量小于各单泵的流量之和。

离心泵的串联常用于给水管网加压。室外给水管网的加压泵站即采用离心泵串联方式。

离心泵的并联常用于自来水厂的二级泵站。当单台离心泵不能满足流量要求时，或选择流量过大的单台水泵会造成运转费用增加时，可考虑采用并联运行方式。并联运行方式可根据用水量的多少及用水高峰调节开启水泵的台数，降低运行成本。

需注意的是，在离心泵并联、串联时，应采用同种类型及同种规格的离心泵连接。

实际应用中一般都设计两台泵，可手动启停、自动启停，自动启停时，两台水泵根据水位高低自动轮换启停，一台泵有故障，自动启动另一台泵。

采用水泵并联，提高了泵站运行调度的灵活性和供水的可靠性，是泵站最常见的一种工作方式。

供水系统中调速水泵有关问题的探讨

作者：覃正清

时间：2003年3月24日

1、前言

水泵调速技术已经存在多年，早期主要是一些低压水泵采用低压变频器进行调速，因为成本不高，所以采用比较普遍。而对于高压水泵的调速，早期还大多是采用液力偶合器、串级调速等传统方法来实现。随着高压大功率变频器的出现，目前采用高压变频器对高压水泵进行调速逐渐成为一种趋势。由于高压变频器目前成本相对较高，许多供水行业的人士出于投资回收考虑，对水泵调速这项技术本身及其可以取得的效益都比较关心，经常有如下一些疑惑：

a供水系统一般多台水泵并联运行，设计原则是同压头水泵并联，同流量水泵串联。而调速泵速度降低后，按一般常理认为，其输出水压将降低，那么调速泵如何再与其他工频泵并联，是否有内耗存在？

b常说水泵流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，其功率则和转速立方成正比，也就是说水泵的功耗是按流量的立方关系变化的，假设水泵流量调到一半时，水泵的轴功率只有满流量时的12.5%，省电应达到87.5%，可为什么实际系统的节能效果远不是这样？到底怎样预估一个水泵调速系统的节能潜力？ c调速水泵和工频水泵并联运行时，调速水泵能否无限制往下调速？调速泵是不是转速到0时流量才为0？并联工频水泵会不会过流？调速泵会不会水流倒惯？调速时应注意什么问题？

d水泵调速方法有哪些？究竟什么方式比较可取？对水泵进行调速改造，除了节能，到底还能有什么其他效益？

本文将从水泵的工作特性出发，解释和回答这些问题，不对之处，欢迎专家指正。

2、水泵的工作特性

图（1）

水泵定速工作时，工作特性如图（1）所示。曲线①为水泵按转速N1定速工作时的Q-H曲线，曲线②③为管路特性曲线。

在第一种负载工况下，水泵工作在A点，流量为Q1，压力为H1。当流量减为Q2时，水压将上升到H2，水泵工作在B点。水压的上升，一方面存在不必要的电耗，另一方面也可能威胁到供水管网的安全。

从水泵定速工作特性曲线看出，尽管水泵工作转速不变，但只要管网特性发生变化（曲线②变为曲线③），那么水泵的工作点是发生变化的，其流量和压力也随之变化。换言之，水泵的输出压力并不只是转速的单值函数。

在自来水行业，流量的减少是因为夜间用户关阀，管网特性曲线发生了变化，曲线②变为曲线③，流量由Q1降为Q2。为了防止管网水压的上升威胁到管网安全，可以调节水泵出口阀门或者改开小泵。

在一些化工生产、制冷等行业，流量的减少是因为生产工艺的需要，这时可以调节水泵输出阀门，人为改变管网特性，使水泵工作点由A点变到B点，从而达到主动调节流量的目的。

图（2）

图（2）示出了水泵调速运行时，水泵工作特性的变化情况，曲线①②③分别为水泵按N1 、N3和N2三种速度运行时的特性曲线，曲线④⑤为管网特性曲线。如果管网特性不变，保持为曲线④，水泵由N1转速调节到N2速运行时，水泵的工作点将由A点变到B点，流量和水压分别变到Q2和H2，它们都随着转速的下降而下降。负载特性不变时，水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间满足如下关系：

Q∝N，H∝N2,P∝N3。

但如果是外界因素导致管网特性发生变化（由曲线④变为曲线⑤），使得流量减少为Q2，但又要维持水压不变，这时水泵可以将速度调节到N3运行，从工作曲线中可以看出，水泵的转速和输出流量下降，但水泵的输出压力却保持不变，这就是为什么流量变化时，可以通过调节水泵转速实现恒压供水的理论依据。这种情况下，由于管网特性的改变，水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间不再满足Q∝N、H∝N2、P∝N3的关系，并不是转速下降其水压就下降，水泵速度下降且其分担的流量下降后，只要其输出水压不变，就可以和其他高速水泵并联运行。

3、水泵调速运行的轴功率

3．1管路特性不变

管路特性不变时，水压随流量的变化而变化，调速时只对流量作要求，对水压不作要求，这时水泵的工作情况如图（3）所示：

图（3）

从图可见，需要流量下降时，将水泵速度由N1下调为N2,则水泵工作点由A点变为B点，流量由Q1变为Q2，压力由H1变为H2，水泵在A、B两个工作点的输出功率PA和PB分别为: PA=H1×Q1, PB=H2×Q2

从上式看出，如果转速降为50%，则水泵输出功率下降为12.5％；如果在A、B两点水泵的效率差别不大，则水泵的输入功率也大大下降。

3．2调速时要求水压恒定

图（4）

在图（4）这种工况下，水泵速度由N1调到N2,工作点由A点变到B点，流量由Q1变到Q2，水压保持不变，H1＝H2。水泵在A、B两点的输出功率PA＝H1×Q1，PB＝H2×Q2。

PAPB = H1×Q1H2×Q2 =Q1 Q2

这种情况下，水泵输出功率和流量成正比。（注意：水泵输出功率不和转速成正比，因为管路特性已变化，Q1不正比于N1，Q2不正比于N2。）这种工况下类似自来水行业。用户用水量由Q1下降为Q2（用水量下降是用户关阀引起的管路特性发生变化，由特性曲线（1）变为曲线（2）仍需水压保持恒定。

4、水泵调速运行的节能效益

4．1管路特性不变

图（5）

外部管路特性不变。如果通过水泵调速方式改变流量，按工作点由A点降到B点；如果水泵定速运行，通过阀门改变流量，则水泵从A点变为C点。水泵在

B、C两工作点的输出功率和输出功率差分别为：PC=H3×Q2, PB =H2×Q2； 假设水泵在B、C两点效率差别不大，都约为η，则调速方式相对于关阀方式，节能效益 ΔP＝(H3－H2) Q2 η 。

4．2管路特性变化而调速时要求水压恒定

图（6）

流量由Q1变为Q2时，如果水泵定速运行，工作点将由A变为C点；如果通过调速方式，水泵工作点将由A变为B点。水泵在B、C两点的输出功率差为： PC

－PB＝（H3－H2）×Q2。假设水泵在B、C两个工作点的效率差别不大，都为η，则水泵输入功率差

ΔP＝(H3－H2) Q2 η 。

5、水泵调速运行节能效益计算实例

水泵调速节能效益与水泵的特性、运行方式、电费水平等多种因素有关，由于这些因素在不同场合下千差万别，计算节能效益时对工况作如下假设：

水泵功率为1000KW，年运行时间8000小时，其中1600小时（即20%时间）为100%流量，4000小时（即50%时间）为70%流量，2400小时（即30%时间）为50%流量，调速装置效率为96%，假设水泵流量Q和压力H在采用阀门调节流量时近似满足如下关系：H=A-(A-1)Q2，其中A为水泵出口封闭时的出口压力，假设为140%，假设电费为1元/度。

5．1采用阀门调节时电耗计算

采用阀门调节流量时，功耗等于流量Q和压力H的乘积。各种流量的功耗计算如下：

P100%=1000KW

P70%=1000×0.7×（1.4-0.4×0.7×0.7）=842.8KW

P50%=1000×0.5×（1.4-0.4×0.5×0.5）=650KW

电费计算如下：1000×1600+842.8×4000+650×2400=6531200度，一年电费约653万元。

5．2采用调速且要求水压恒定时电耗计算

采用调速水泵调节流量时，如果需要压力恒定，则功耗仍然按流量Q和压力H的乘积计算。各种流量的功耗计算如下（其中0.96为调速装置效率）： P100%=1000/0.96=1041KW

P70%=1000×0.7×1/0.96=729KW

P50%=1000×0.5×1/0.96=521KW

电费计算如下：1041×1600+729×4000+521×2400=5830000度，一年耗电费约583万元。

流量变化时，如果要求压力不变，相对于用阀门调节流量，采用变频器调节流量后，一年可以节省电费约653-583=90万元，节电量约为13.8%。

5．3采用调速且管路特性不变时的电耗计算

采用调速水泵调节流量时，如果没有压力要求，即假定外部管阻特性不变，则功耗正比于流量的立方。各种流量的功耗计算如下（其中0.96为变频器效率）： P100%=1000KW

P70%=1000×0.73/0.96=357.3KW

P50%=1000×0.53/0.96=130.2KW

电费计算如下：1000×1600+357.3×4000+130.2×2400=3341680度，一年

耗电费约334.1万元。

流量变化时，如果外部管阻特性不变（即流量小时，压力也小，调速时对压力不作要求），相对于用阀门调节流量，采用变频器调节流量后，一年可以节省电费约653-334=319万元，节电量达到48.8%。

从计算中可以看出，如果水泵依据流量需求而调速，对水压不作要求的工况，其节能效果大大好于要求水压恒定的工况。仿照以上计算方法，用户可以根据自己实际的水泵容量、供水工况及电费水平，直接预估出调速后的节能效益。

6、调速泵和工频水泵的并联运行

6．1多泵并联时，调速泵实现流量调节的图示

水泵不管全速运行或调速运行，总满足以下的特性关系：

图（7）

图（7）中绘出水泵分别以不同速度 (n1>n2>n3>n4)运行的H_Q特性曲线，纵坐标H表示水泵出口水压，横坐标Q代表水泵流量。从H_Q曲线看出：

a水泵定速运行时，如果其流量减小，水泵出口水压将增大。如A、B两点，水泵以恒定速度n1运行，当该泵流量由 Q2下降到Q1时，该水泵出口水压将由H2上升到H1。

b如果水泵的流量相同，水泵高速运行时的出口水压高于低速运行时出口水压。如A、D两点。

c水泵降速运行时，如果其流量比高速运行时减小，则可以和高速运行时有相同的出口水压值。如B、C两点。

两台一样的水泵，分别以不同速度运行，如果各自流量不同，仍可以有相同的出口水压值，可以直接并联运行。

假如当前管网总流量为Q2+Q3，管网水压为H2，由两台水泵并联供水(多台并联时很容易类推)。定速泵以n1速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q2，运行于B点。调速泵以n2速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q3，系统达到平衡。

如果由于工况变化，管网总流量变为Q2+Q4，仍要保持管网水压为H2，由两台水泵并联供水(多台并联时很容易类推)。定速泵还以n1速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q2，运行于B点。而调速泵降速到n3速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q4，运行于E点。系统达到新的平衡。

在以上两种工况中，两台水泵的出口压力也完全一致，直接并联运行，不会有所谓的内耗存在。