在火力發電廠中，水泵也是極其重要的輔機設備。由于在熱力系統中所使用的水泵的工作條件有很大的差異，不同的使用條件，對水泵的性能和結構要求也就不一樣，其中給水泵、循環水泵、凝結水泵是發電廠完成熱力循環最為重要的輔機設備，要求這些水泵連續運轉。否則會直接影響發電機組的安全和經濟運行。這些水泵數量多，總裝機容量大，耗電量約占全部廠用電量的60％左右。因此，提高水泵的運行效率，降低水泵的電耗對降低廠用電率具有舉足輕重的意義。與風機一樣，由于設計中層層加碼，留有過大的富裕量，造成大馬拉小車之外，由于采用節流調節，為滿足生產工藝上的要求，造成更大的能源浪費現象。

    與風機系統不同的是：風機系統由于沒有反壓的存在，滿足三個相似條件，其阻力曲線是一條通過坐標原點的二次拋物線，所以可以使用比例定律的三個公式進行節能計算；而水泵系統由于都有較大靜揚程的存在，其阻力曲線是一條具有較高起點的二次曲線，所以水泵系統已經不是相似系統，因此不能直接套用比例定律的三個公式進行節能計算，必須首先求出各個工作點的相似工況點后再進行計算，就使得水泵系統的節能技術較為復雜。

    2 水泵系統的流量控制方法

    2.1 入口閥門控制

    與風機系統相似，當水泵系統采用入口閥門調節流量時，改變的是水泵的性能曲線，其性能曲線呈一組梳子狀的曲線簇，每一個入口閥門開度對應一條性能曲線。這一條性能曲線與系統阻力曲線的交點即為工作點，它的坐標決定水泵系統的出口壓力和流量值。但是對于水泵系統來講，由于采用入口閥門控制流量時容易引起水泵的氣蝕，所以水泵系統一般都采用出口閥門控制流量。

圖1 水泵系統采用入口門控制時工作點的變化

    2.2 出口閥門控制

圖2 水泵系統采用出口閥門控制流量時工作點的變化

    由圖2可見，采用出口閥門控制流量時，改變的是系統的阻力曲線，會在出口閥門上產生很大的節流損耗，使泵效降低，能耗增加。如圖4中所示，在工作點M₃^，點，很明顯相對于入口門控制和調速控制來講，采用出口門控制時多消耗的能量就是矩形H₃^,-M₃-M₃^,-H₃^,所圍成的面積，有些系統甚至占到了總消耗能量的40%以上。

    出口閥門上產生的節流損耗就等于出口閥門前后的壓力差與流量的乘積。因此只要知道了出口門前后的壓力或壓力差，以及當時的工作流量，就可以算出出口門上的節流損耗（電功率）了，再除以根據當時的工作電流算出的實際功率，就是節電率！在一般的水泵系統中，壓力和流量數據是比較容易采集到的。

    具體計算時，可按式：ΔN = k(ΔP×Q) 計算出口閥門的節流損耗（單位為kW）。式中：若流量Q的單位取m³/s，差壓ΔP的單位取kPa時，系數k取1；若流量Q的單位取m³/h，差壓ΔP的單位取MPa時，系數k取0.278（=1000/3600）。

    2.3 調速控制

    水泵系統調速控制流量的方法，可以采用定速電動機驅動，液力耦合器改變水泵的轉速實現，也可以通過變頻器改變電動機輸入供電電源的頻率，從而改變電動機（水泵）的轉速來實現。圖3所示是水泵系統采用調速控制時工作點的變化情況及相似拋物線的求法。

    2.4 三種控制方式的比較

    圖4將設備（水泵、風機）、系統和控制方式有機的結合在一起了，希望能通過它演繹出水泵（風機）系統流量控制的真諦！

    由圖4可以看出：只要系統的阻力曲線不改變，無論采用哪種控制方式，滿足系統流量和壓力要求的工作點都是一樣的。當流量控制在Q₃時，揚程(壓力)為H₃^，，工作點為M₃^，，無論是調速控制還是入口閥門控制都一樣，即使是出口閥門控制，其工作點雖然達到了M₃，也就是說其閥前壓力達到了H₃，但是其閥后壓力則還是H₃^,，因為其閥后的阻力曲線并沒有改變，壓力都降在了閥門上了！

    出口閥門節流損耗的計算見上述2.2。但是這也并不說明調速控制和入口門控制的能耗是一樣的，因為調速控制比入口門控制時的泵效要高得多了，所以即使是采用入口門控制的系統（例如風機系統），在采用調速控制時也是有很大的節能潛力的。節能的真諦就在于不同控制方式之間的效率差。

圖3 水泵系統采用調速控制時工作點的變化和相似拋物線的求法

圖4 水泵系統采用三種控制方式時工作點的變化情況綜合

    3 水泵系統變頻調速節能計算方法

    值得注意的是：水泵系統由于靜揚程的存在，所以比例定律三大關系式的使用是有條件的，在實際使用中，水泵由于受系統參數和運行工況的限制，并不能簡單地套用比例定律來計算調速范圍和估算節能效果。

    當管路阻力曲線的靜揚程（或靜壓）等于零時，即H_ST=0（或P_ST=0）時，管路阻力曲線是一條通過坐標原點的二次拋物線，它與過M點的變轉速時的相擬拋物線重合，因此，M與M^＇又都是相似工況點，故可用比例定律直接由M點的參數求出M^＇點的參數。對于風機，其管路靜壓一般為零，故可用相似定律直接求出變速后的參數。而對于水泵，其管路阻力曲線的靜揚程（或靜壓）不等于零時，即H_st≠0（或P_st≠0）時，轉速變化前后運行工況點M與M^＇不是相似工況點，故其流量、揚程（或全壓）與轉速的關系不符合比例定律，不能直接用比例定律求得。而應將實際工況轉化為相似工況后，才能用比例定律進行計算。

    水泵系統由于靜揚程的存在，阻力曲線不是相似曲線，因此圖4中轉速變化前后的運行工況點M與M^＇不是相似工況點，故其流量、揚程（或全壓）與轉速的關系不符合比例定律，不能直接用比例定律求得。但當管路性能曲線的靜揚程（或靜壓）等于零時，即H_ST=0（或P_ST=0）時，管路性能曲線是一條通過坐標原點的二次拋物線，它與過M點的變轉速時的相擬拋物線重合，因此，M與M^＇又都是相似工況點（比如風機），故可用比例定律直接由M點的參數求出M^＇點的參數。

    特別是對于給水泵系統，其靜揚程（汽包壓力）特別大，一般可達額定揚程的60～80%，所以變速前后流量比不再等于轉速比，而是流量比恒大于轉速比。管路性能曲線的靜揚程越高，水泵性能曲線和管路性能曲線的夾角就越小，則變速調節流量時，改變相同流量時的轉速變化就越小，其軸功率的減小值也越小，還有可能引起管路的水擊，因此水泵的調速節能效果比風機要差一些。由于計算比較困難，每一個工況點都要首先進行相似折算后才能用比例定理計算，工作量巨大。下面給大家提供一種簡單的查表法：一般可以在算出流量百分比和靜揚程占額定揚程的百分比后用查表的方法得出轉速、軸功率和節電率來。這時只要知道額定流量、工作流量、額定揚程和靜揚程4個參數就可以通過簡單的查表就得到所要的結果了。

    表1 水泵系統在不同靜揚程和不同流量時轉速、軸功率和節電率：

       2.表中最上邊一欄為水泵系統的實際流量與額定流量的百分比；

       3.本表所列數據系根據某典型水泵特性得出，與實際的泵有一定誤差。

    以上討論的只是單泵運行的給水系統的情況，目前一般的供水系統都采用多泵并列運行，大小泵搭配，以及采用泵的臺數調節等經濟運行手段，其運行的經濟性也很好。在此基礎上再進行變頻調速節能改造，其節能潛力已不是很大了，對于這一點應當有一個清醒的認識，不要過分夸大水泵變頻調速的節能效果，否則將適得其反。

    高性能離心式水泵由于采用了三元流動，進口導葉等先進技術，離心式水泵的特性曲線已經做得非常平坦，高效率的工作區域很寬，這也正是水泵生產廠家努力追求的目標。但是這樣的水泵在定壓供水工況下，其調速的范圍很小。見圖7所示。供水系統的靜揚程越大，也就是空載功率所占的比例越大，水泵特性越平坦，調速范圍就越小，調節轉速的節能效果也就越差。

    對于定壓供水系統的高效離心水泵群如果采用“一變多定”配置的控制方案，則會引起一些問題，甚至不能正常工作。因為水泵的特性曲線非常平坦，變頻器的調速范圍非常小。且因為供水壓力小的波動，新的工作點會發生劇烈變動，雖然在控制程序中可以采用軟件濾波的方法改善不穩定的情況，但變、定速水泵配置方案運行匹配較為困難，且節能效果有限卻是肯定的，這也是和采用變頻節能控制的初衷相違背的。因此對于實際工程中的高性能離心泵機群，所有的運行泵都采用變頻調速控制才是最合理的。

    如果出于經濟原因的考慮，調速泵的臺數應是最常開泵的臺數，其它泵則采用工頻備用。如果還要減少調速泵的臺數的話，則一定要使揚程最高、流量最大的泵調速運行，才能取得較好的效果。