涡流驱动提供精确的流量控制

水回收设施的进水流速范围很广。它们必须设计成在潮湿天气事件中所需的峰值设计流量下运行，但在普通操作中也必须在显著降低的流量下高效可靠地运行。因此，许多泵在这样的过程中必须产生一BETVICTOR体育官网个经常宽的流量频谱。

一个简单的解决方案是用调节阀控制水泵的输出，控制流量的方式与调节水龙头减少家庭供水系统的流量大致相同。BETVICTOR体育官网然而，当泵足够大，需要几十或BETVICTOR体育官网数百马力(hp)时，这种方法浪费了不可接受的能量。

即使流量可以精确控制，节流泵流量通常会导致流量减少，但几乎不会降低驱动泵所需的轴马力。

泵被迫以更高的系统扬程运行以减少流量，而不是在或接近其最佳效率点(BEP)。除了增加维持必要流量和压力所需的能量外，这可能导致泵的早期机械故障。

变速泵一直被认为是一种降低能源成本的策略。基本原理是有些直观的:如果一个泵可以在需求较低时以较低的速度运行，它应该期望消耗更少的电力。旋转动力(离心)泵尤其如此。BETVICTOR体育官网熟悉的泵关联规则认为，泵所需的轴功率与转速降低的三次方(立方)成正比。理想的情况如图1所示。

在大多数实际应用中，泵将无法提供低于一定速度的有用流量，通常为额定速度的75%至80%。这是因为泵的排放压力作为速度平方的函数而减小，并迅速下降到等于或低于系统静态扬程。因此，该点成为零流量点，泵在该点到全速之间输送其全谱流量。如果泵上装有止回阀，当泵达到这个转速点时，止回阀就会打开，低于这个转速点就会关闭(图2)。

以变速运行泵不仅可以利用这种现象，而且可以使泵保持在或接近其BEP。与通过节流流量控制流量相比，变速泵可节省大量能源，从而节省相关成本。在所示示例中，如果平均需求要求将速度降低到90%，则泵轴马力将降低到额定马力的大约65%。相比之下，通过节流来控制流量对轴马力的影响很小或没有影响。

任何控制泵速的方法都能达到这些效果。当一些工程师立即想到变频驱动器(vfd)用于变速泵时，涡流驱动器值得强烈考虑。

与vfd不同，vfd通过转换电力使电机以可变速度运行，涡流驱动器是机电转矩转换机。它由电机以恒定的速度驱动，电机的最大预期泵转速为每分钟(rpm)。电机驱动一个圆柱形部件，称为滚筒(图3，蓝色部分)。

电磁转子(红色)转动在一个独立的输出轴上，同心和在滚筒内。直流励磁电流提供给磁线圈(黄色)，使转子发展转矩与励磁电流成比例。通过控制励磁电流，机器作为一个可靠和准确的变频器。

对于大多数旋转动力泵应用所需的相对较窄的速度范围，涡流驱动中产生的损失与vfd中所见的损失相当，并且，如前所述，实现了功耗的降低。涡流传动在避免损耗方面还有一些额外的优点:

• 电机以干净、全电压、全频率、无诱发谐波电流的方式从电源中获取电力。因此，在馈线电路、开关设备、变压器等中没有额外的I2R损耗。对谐波过滤装置或电抗器没有要求，如果需要的话，它们将导致总损耗。
• 电机不会经历任何谐波电流造成的高损耗，因为它是在正弦功率下工作的，这是它的设计初衷。
• 电机将不需要额外的冷却。它以全速运行，并受益于充分流动的冷却空气，无论泵送需求如何。
• 不需要辅助冷却或空调。大多数涡流驱动损失是由于旋转机器的滑移，其位置通常非常适合吸收和消散相关的热量。

这些避免的损失对整个泵送系统的效率有很大的贡献，在考虑变速泵送系统时，应始终对其进行评估。

提高效率的一个主要动机是期望降低运营成本。水回收机构有责任明智地使用纳税人的钱。因此，维修、操作和更换费用也应予以考虑，尽管严格说来不是效率问题。涡流驱动被认为是一种可靠的、长期的变速解决方案。

就像驱动它们的电机和它们驱动的泵一样，涡流驱动器可以使用40年或更长时间，维护简BETVICTOR体育官网单而廉价。润滑两个或三个轴承和更换碳刷是唯一定期维护。

当需要维修时，当地的服务机构通常是有能力的。控制器很容易维修与现成的部件。需要注意的是，过早或频繁更换故障或过时的设备会迅速抵消因降低能源消耗而节省的任何成本。

结论

省钱可能永远是追求更高效率的主要动力。然而，随着越来越多的社区和地方政府希望减少二氧化碳排放，减少用电量被认为是实现大幅减排的一种手段。大多数机构使用化石燃料(煤或天然气)产生的电力。

根据美国能源部的数据，1千瓦时的电力消耗相当于:

• 从火力发电厂排放1.5磅二氧化碳，或者
• 一般汽车行驶约1.7英里

在一个典型的水回收厂中，泵送应用是仅次于曝气的最大电力消费者。寻求更高效的泵系统是降低成本、改进流程和减少温室气体排放的一种流行而有效的方法。