这么多年了，还是不了解水泵，悲哀（一）

做了多年设计，突然被施工方的一个问题给难倒了：湖边有口机井，井里有个泵，为何不出水呢，是不出水还是出水量少呢？以下内容围绕该问题展开。

思考了下觉得不应该啊，挨着湖怎么会没水呢，应该不是水井中没水的问题（水量），可能是扬程的问题。本着钻死牛角尖的心态，虚心请教，不耻下问，花了几天时间各种百度论坛文献，最终无果，大家都能模糊说出来原因，但就是解释不了为啥，知其然而不知其所以然，悲哀，对于我这个干了五六年的所谓绘图员，大写的丢人。

后悔当初上学时不好好听《水泵及水泵站》，不好好思考，不好好提问题，真是应了那句话，丢掉的迟早要还回来。静下心来，稍微整理下思路并进行了总结，供参考。

水泵供水系统中存在两个曲线，一个是管路特性曲线，一个是水泵自身的特性曲线。

当供水系统定下来时，如管材、管长、管径及附件等都确定时，管路的水头损失随流量的变化而变化，这个曲线即为管路特性曲线，管路的水损再加上系统所需的静扬程及末端所需的额定工作压力（H_st），这条曲线叫做装置需能曲线，管路定了，静压差和最不利工作压力定了，我就定型了，我长这样（见下图）：

泵的性能曲线是指泵在一定转速下，运转时扬程H、功率P、效率η、流量Q等重要性能参数值以及它们间的相互关系，常用性能曲线图表示，我长这样（见下图），出厂时老板画的，管路系统，你看对眼不？

两个曲线都有了，那对对眼儿呗：下图的b点，水泵特性曲线（Q-H）和装置需能曲线（I）的交点，系统运行时的工况点，流量500L/s，扬程63m，水泵效率82%，轴功率377kW，这个工况点就是系统所需要的最大流量及满足最不利点所需扬程时的水泵运行点，系统运行一段时间自动会处于一种水泵和管路之间的平衡状态，这种状态或许会因为某种因素的变化而改变，但是在这种因素变化后的那段时间，它们自己会实现平衡。你打开一扇门，它们自己去创造世界，这个世界的完美与否取决于你开门的方式是否正确，手拉或是脚踹。就像图中的b点一样，它即在这个曲线上（Q-H），又在那个曲线上（I），因为平衡所以漂亮。问题来了，现在系统就需要300L/s的水，瞬间苦逼，怎么办呢？

1.节流调节

你不是流量减小吗，好办，我把阀门关小点，这样出水量就少了，地球人都知道。水泵还是那个水泵，但管路已不是那个管路，为啥，因为你把阀门开启度减小了，管路系统的阻力系数增大了，曲线要变化，怎么变？向上变！通过同样流量时所需的能量要增加，因为有个拦路虎，要多吃点饭才有力量干掉它，这时的管路特性曲线由I变为II（见上图），此时与水泵曲线的交点就变成了a点，又是一个漂亮的平衡工况点，转速970r/min，流量300L/s，扬程71m，水泵效率73%，轴功率286kW。功率下降24%，流量下降40%，扬程升高13%，效率下降11%。此项调节跟水泵特性曲线没毛关系，调节的是管路阀门，叫做节流调节，也即阀门调节，关阀调节的后果是水量减少，水泵扬程增加，水泵的效率下降了，能量没用在刀刃上被白白浪费了，去哪儿了，去产生热能耗散了。

突然插播1：脑子一愣，紧急纠正一个观念：做水景喷泉设计的时候，总觉得如果把总阀门调小，喷泉流量下降，但会喷高，但是目前看来这样理解是错的，阀门开启度调小，水泵供水流量减小，扬程增加，但这部分增加的扬程并非表现在末端用水点所需的工作压力和静扬程上，两者之和始终就是初始条件即图中的H₀，那增加的扬程干啥去了，去抵消阀门开启度减小所需要的能量消耗了，也会有人问，流量减小，那沿程损失不小了吗，别忘了这时候相对于局部损失，扬程那点儿可忽略。

2.变速调节

下面说说泵吧，用降低泵速来实现，此为变频调速运行，改变交流电频率来改变水泵转速，进而改变水泵出流量、扬程及轴功率大小，记得此时水泵特性曲线较原有的发生了变化，经典的比例率如下：

问题同样如上，需要流量300L/s，由于管路特性曲线没有任何变化，那么此时对应的c点扬程为40m，基于水泵与管路运行时处于平衡状态的原则，c点即为变速运行时的工况点，由于水泵变频运行，那么水泵特性曲线发生变化，需要通过计算将其曲线绘制出来。

1）首先根据已知的（300L/s，40m）求出K=444.4，也即效率曲线方程为：H=444.4Q²，图中红线所示，那么与原水泵特性曲线相较于d点，c、d两点即为等效工况点。

2）根据图形查d点参数：流量390L/s，扬程68m，效率81%，轴功率321kW。

3）根据上述公式求出改变后水泵特性中的转速为746r/min，根据n₁曲线上任意几点可以求出与之等效的转速为746r/min的曲线上的坐标点，进而描绘出746r/min时的水泵特性曲线n₂，该曲线与管路特性曲线交于c点，即为工作时的工况点，同样这个点是水泵和管路在该转速下最终自动稳定运行达到的工况点。

4）由于调速，水泵特性曲线中的效率曲线变化不大，故c点的水泵效率默认为和等效点d点相同，即为81%，那么可以求出c点的轴功率约为145kw。

5）数据汇总见下表：变频调速比节流调速节能将近50%。

突然插播2：脑子又一愣，紧急再纠正一个观念：我发现如果按照思路总结真的可以发现很多之前的错误观点，这不又来了一个，如果机井供水采用变频调速，单纯的变频控制，那么稍早认为水泵扬程会急剧下降导致供水不足或不出水的观点可能有问题。

首先，不出水和出水不足是两个问题，不出水就是没有水，关于此方面个人更倾向于扬程不足所致，即无法满足最不利点所需额定压力和静压之和的要求，静压这块很容易出现问题，因为前期机井水位未知，有可能导致最开始选的泵都是有问题的。

其次，出水不足的问题，如果采用变频控制，你就开一个取水器，水量肯定特别小，出水不足但还是出水了，扬程仍可能满足，只是水量因为变频原因降低一些，有上述分析得知：变频所致的扬程下降主要是因为小流量时不需要那么多的能量消耗在管路沿程或局部损失上，但此时25米的基本水压仍能保证（静压+最不利点所需水压）。

最后，在水泵选型没问题且变频调速范围在适合范围内时，最不利点的水压总能得到保证，但水量可能有大小变化。

稍后奉上：“这么多年了，还是不了解水泵，悲哀（二）”。