水与废水 | 评估泵的功能效率

动机

ISO DIN EN 9906标准中规定了必须对泵的效率进行评估。随着对所有电气设备效率的要求不断提高，污水泵成为监管机构的重点检查对象。具有不同叶轮的污水泵的平均净水效率从35％到85％不等。为避免能源成本从机械转移到维护成本，包括为了运送备件和技术人员而增多的能源成本，在应用ErP法规对污水泵进行管理时，必须考虑污水输送的具体情况。

尽管效率是一个重要的标准，但必须结合所用技术的功能性能进行评估。否则，节能技术可能导致系统性能变差。

人造污水的定义

污水运营商的经验表明，湿巾是造成泵堵塞的主要原因。为了模拟湿巾的这些堵塞特性，使用由合成非织造材料制成的抹布来产生人造污水。以前的研究项目表明，所用抹布可引发与实际泵站中观察到的相同的堵塞现象。它们在输送过程中不会分解，具有抗撕裂性，会打结和缠结在一起，从而形成更大的聚集体。

图1.在实验室中由人造污水造成的堵塞（左）和实际工作现场种被堵塞的叶轮（右）。

因此，可以把它们用作合适的替代材料，来模拟含有湿巾的污水，在实验室中再现真实场景下特有的泵阻塞情况。

由于纤维材料的数量和尺寸在实际中有所不同，因此引入了每立方米污水的干重特征值（克）。所用抹布的干重为3.8g。

为了使功能实现形成可测量的逐级下降趋势，必须在不同的特定纤维含量条件下对污水对泵进行测试。这些不同的污染程度可形成三种不同类型的人造污水。

测试布局

为评估污水泵的功能实现，特别设计了一个试验台（如图2所示）。试验台由两个水箱（每个容量为3.5立方米）组成，其出水口通往泵的吸入管（不锈钢DN 200）。

图2.测试准备

在泵的排放管处（扩张到PVC DN150），水流可以通过过滤器进入淡水箱或直接进入污水箱。 通过使用充有加压空气的快速开关夹管阀来实现不同的回路。

利用污水箱来提供人造污水，其中还混入了具有特定纤维含量的纤维混合物。根据待测试污水的类别，将纤维添加到定量的水中以达到特定的纤维含量。在泵测试期间，将污水箱连接到系统，以便将定量的污水与定量的纤维输送给被测泵。

测试程序

为了评估泵处理污水中的纤维材料的能力，执行了两个测试程序。在所有测量过程中，对静压头、流量和耗电量都进行连续测量。

图3.功能性能测试（1）和长期功能性能测试（2）的水流示意图。

对于要测试的各类污水，将相应量的抹布加入几乎空的污水箱中来达到各种特定的纤维含量。然后，将淡水箱中的清水注入污水箱中。通过对污水箱注水，使抹布混入其中，并均匀分布在人造污水中。

功能性能测试

如图3所示，当污水通过过滤器从污水箱泵送到淡水箱时开始测量。测试之后，即可确定过滤器中的纤维以及叶轮中的残留物的干重。算得过滤器中的纤维量与泵中残留的纤维量之比，即可得到关于功能性的评测结论。

长期功能性能测试

为了确定污水液压泵在承受长时间应力时是否能够不发生堵塞，进行长期功能性能试验。该测试程序与功能性能测试基本相同，不同之处在于持续60分钟将人造污水从污水箱循环泵送回废水箱，如图3所示。在此试验中，还可以确定防止叶轮护罩间隙堵塞的阻力。

表1：人造污水分类。

结果

图中还显示了8个被测叶轮（三个涡轮叶轮、三个单叶片叶轮、两个双叶片叶轮）的试验结果，显示了每个叶轮的最佳效率点。为了确保测试的有效性，选取了测试的平均结果。

测试期间的效率

在试验过程中得到的效率相对于各个工作点的净水效率的转化如图4所示。正如预期，随着污染程度的增加，所有泵都表现出效率降低的趋势。然而，这种分析并不能说明泵的抗堵塞性能。

功能性能

为得出关于堵塞阻力的结论，可分析堵塞泵的纤维素材料的量与添加到系统中的所有纤维材料总量二者之间的关系。

图4. 不同污染程度对应的效率

图5中的曲线图，显示了被泵送的纤维材料与添加到污水中纤维总量的关系。对被泵送的织物进行分析，可得到关于功能性的评估结果。为了将其与达到的效率结合在一起，引入功能性能指标（FEI）。

FEI = (1/2•DF+1/2•DLTF)•(roh.g.H.Q)/P

DF和DLTF代表功能性能测试和长期功能性能测试中的功能性能。

图5.被泵送的纤维材料数量与添加到系统中的纤维总量的关系。

功能性能

如图6所示，FEI的结果将达到的效率与确定的功能相结合。对于清水，没有定义FEI。与图4相比，叶轮的等级不同。对于所有三类污染物，双叶片叶轮显示出最好的功能性能，但是随着应力的增加，其效率比其他被测叶轮降低得更厉害。

图6. 功能效率指数。

观察发现一些叶轮的功能甚至随着污水泵被污染程度的增大而有所增强。除了效率之外，还考虑功能，这可以从效率和功能性能两方面对污水泵进行更符合实际的评估。

结论

结果表明，最节能的叶轮不一定是系统效率最高的叶轮。此外，各种不同的叶轮技术得到了越来越广泛的应用。这说明需要在考虑维护的灵活性和能源成本的前提下，对污水泵进行更广泛的评估。

此测试程序的研发为我们提供了一种系统化、可重复方法来评估污水泵的功能性能和系统效率。通过分析评估量表，可以比较不同叶轮技术的结果。