图1 完全阻塞的泵易于察觉（如图），而部分阻塞的泵在检验过程中很少能被发现

污水泵送中的泵效率并非总是如表面所示，本文将浅析水泵效率及自清洁系统与水泵实际持续高效运行的关系。

持久效率定义为泵在其指定应用中随着时间的推移而仍保持其初始效率的能力。在现场和可控制实验室环境中对无堵塞泵中的真实持久效率进行了量度。

不断提高的环保意识和降低能耗的法规压力，再加上一直存在的降低运行成本的期望，促使污水泵行业需要更好地测定真实运行效率。目前，购买和运行无堵塞泵的污水客户相信泵的效率将会与制造商资料中所陈述的相符。然而事实上，泵的效率可能会大不相同。

ITT飞力公司的工程师在现场访问中发现，操作员常常不知道其所运行的设备的实际效率。一直期待的持久效率往往并不能实现。专门在实验室进行的无堵塞泵试验以及现场进行的广泛测量表明，最终用户在开关泵操作中的实际能量成本一般会提高20%~30%，负载周期较长或连续运行的泵则更高。

能量效率趋势

飞力公司的工程师自20世纪90年代中期开始研究无堵塞泵的持久效率现象。最终用户承受了降低运行成本的很大压力，因而会减少现场访问和设备维护。当最终用户投资时，他们往往倾向于支持泵的升级、泵的控制和变速驱动，而花在测量与了解泵真实效率方面的精力却很少。

开发能量效率更高的无堵塞泵和现代自清洁水力系统将会为污水泵操作者提供更好的体验，这一点现在已经很清楚了。美国、欧盟以及其他一些国家的政府法律现在已经要求将一般水泵和“特种泵”（如：无堵塞泵）包括在未来的能量效率标示中。

图2 两种不同运行情形下的无堵塞泵与自清洁污水泵的性能比较

了解效率

无论是在历史上还是现在，清水泵和无堵塞泵都用清水进行效率测试。这样做是出于实践的考虑。泵的性能（流量、扬程、输入功率）都按照清洁水的性能来记录。最终用户只能假设泵在实际应用中可以达到其性能和效率。对于清水泵的应用来说，事实可能确实如此；但无堵塞泵的各种不同应用则会立即挑战泵的性能。被输送的软固体的类型和数量将会影响到泵的性能，实际测得的效率可能会与出厂测试效率大相径庭。

泵的效率定义为水力输出功率（水功率）除以泵轴输入功率。它无法直接测量，但可以利用测得的泵轴功率、流量和扬程通过简单的计算推出。在泵试验厂里，效率是用清水测得的瞬时效率。相反，持久效率则定义为泵在其指定应用中、在较长的时间内保持其瞬时效率的能力。

水力设计对效率的影响

对于无堵塞泵（也称之为高含固率处理泵），其挑战在于设计一台可以有效通过被污染泵程中存在的所有固体的泵。无堵塞泵有许多不同类型的应用，但所含固体的种类只有几种。无堵塞泵的应用例子包括污水收集、泥浆泵送、雨水泵送、陆地排水、池塘排水等。这些液体中包含的固体一般可以分为有机性、无机性、研磨性和纤维性几种类型。有机污水固体一般是软的，常常还含有或多或少的纤维性材料。无机固体是硬的，而且常常是尖锐的，颗粒较小。由于存在过滤器和滤网等装置，可以限制大而硬的固体进入泵的入口。软的固体则会设法穿过这些装置，而无论其尺寸大小。

无堵塞泵的关键标准是其能够通过固体但不使泵发生阻塞。阻塞可能包括叶轮或蜗壳的完全阻塞或部分阻塞。当泵停止泵送时，说明存在完全阻塞；这种情况易于察觉，也是绝对不愿发生的。这种情况需要立即寻求服务，将泵打开，用手工方式清除阻塞。相反，部分阻塞的泵较难察觉，往往不会被注意到，因为泵仍在提供流量，只是流量有所减小而已。这种情况可能持续很长的时间而不被发现，造成大量的能量浪费。如果泵是持续运行的，则泵的效率将会出现逐渐下降的趋势，可能会降到清水效率的一半甚至更低。

最困难的情况是传统无堵塞泵在变速驱动下运行。泵的控制软件往往会操作着泵在较低的速度下长时间运行（几个小时或几天）。这种泵周期的缺乏意味着泵不能在每次停泵时进行的反冲中获益。更为复杂的是，控制软件程序除了进行“软启动”之外，还时常会进行“软停泵”。这意味着泵的速度会缓慢下降，直到最终停止。“软停泵”程序的目的是为了消除止回阀关闭时的噪声，并且人们普遍认为这是一个很好的做法。其缺点是被阻塞的泵无法从“硬停泵”时产生的重要冲洗中获益，因而不易重新达到其原始的效率。

对于无堵塞泵来说，制造商声称泵的效率一般会低至其范围的50%~80%。如前所述，在其指定环境中运行的无堵塞泵面临的挑战是在效率测试中不会遇到的。取决于泵的水力设计，泵的许多区域可能会积聚软固体。固体物质会粘附在叶轮的前缘上。涡流叶轮泵存在着旋转元件和蜗壳部件发生阻塞的趋势。泵腔的某些部件可能会积聚部分软固体。一些软固体可能会阻塞旋转叶轮与静止蜗壳耐磨环之间的间隙。

图3 五种传统的无堵塞泵类型

实验室和现场试验还显示，几乎所有型号的无堵塞泵在运行过程中都会积聚软固体。只有当泵停止时，才能将部分或全部的积聚固体通过泵的入口冲回到泵池中。无论系统中有没有止回阀，这种冲洗现象都会发生。当软固体变硬并堆积在泵的内部水力系统上时，这种自然发生的反冲力将不足以清除所有的残渣，从而使得泵在再次启动时运行效率将会降低。反冲到泵池中的材料就像是“碎布球”。这些“碎布球” 可能为不同的尺寸，其中的软固体常常会堆积在一起并变硬，成为圆形的积聚物。许多用户都经历了随着泵池中“碎布球”的积聚而发生泵阻塞增大的现象。这就需要采用手动方式对泵池进行清洁，以便恢复泵站的性能。这也会产生额外的运行成本。除了从收集系统到污水处理厂的污水泵送之外，污水处理厂还有几种应用，如掘进液体泵送、泥浆回送以及其他应用可能发生泵效率损失。

以上所述情况是实际泵运行效率远低于所述试验效率的例子。独特的实验室阻塞试验周期和广泛的现场测量显示，在标准试验周期中最终用户的实际泵效率降低了20%~40%。

传统的无堵塞泵与具有自清洗功能的无堵塞泵相比，不仅在效率的持续高效方面有显著不足并且在能耗方面也远远高于后者，常常会高出25%~40%之多。提供持续效率的重要性比采用高效电机（例如IE3电机）的重要性还要高10倍，因为后者的效率只能比标准电机提高几个百分点而已。除了能量节约之外，还能减少因为泵阻塞而产生的计划外泵站维护，这也是非常重要的。

无堵塞泵的历史

起始于19世纪后叶的早期无堵塞泵设计的基础是清洁水泵的不成功应用，它在泵送含有固体的液体时会因为叶轮通道开口较小、泵间隙较细而发生完全堵塞。

直觉告诉我们，通路较大的叶轮会消除阻塞。由此产生的泵设计采用大通路的封闭通道叶轮。中、小尺寸的泵配备单叶片叶轮，以达到足够大的通路。由于蜗壳通路较大和性能较好，凹陷叶轮、力矩流和涡流设计流行起来。单叶片设计由于其几何形状不对称而出现不平衡，造成泵振动加大。这种设计的后果是泵运行粗糙，且轴承寿命较短。

图4 自清洁叶轮

在世界上的不同地区开发出的用户标准决定了一般最小叶轮通路尺寸常常在75~100mm的范围内。这些要求促使制造商生产出了相符的产品。对于较小和最小的泵尺寸，是无法采用如此之大的通路的。由于这个原因以及其他一些原因，制造商采用了另外的叶轮设计，如涡流叶轮和螺旋叶轮。还开发出了可以在泵送之前降低固体尺寸的切割设计，作为较小尺寸泵型的替代泵型。

大通路尺寸、单叶片设计和其他水力系统考虑使得泵的效率下降，与相应的清水应用相比有时会下降20%~30%之多。但是，关键的功能——泵送污水——得到了改进。之后的水力系统设计在清水中可以提供较好的效率，但并非持久效率。

除了其他发现之外，研究还发现了叶轮叶片前缘几何形状和反曲度的重要性。具有基本湿端几何形状的新产品已经上市，它们可以提供更高的泵效率和持久效率。利用这些自清洁设计，此行业已经接近于把具有持久效率的真正无堵塞泵变为现实了。

当今的污水输送行业

目前，污水行业中的许多人对本文所述的现象了解甚少。大家可能普遍会怀疑无堵塞泵的运行效率低于性能曲线所示的效率，但却并不知道其真实的差异有多少。但是，泵规制定人、咨询工程师、业内专家和标准设定组织越来越对此领域表现出浓厚的兴趣。

包括飞力在内的多家泵制造商在该领域的研究中进行了实验室试验和现场试验。因此，主要污水泵制造商都正在开发趋向新设计趋势的新产品。但这些制造商还有几个障碍需要克服：

普遍缺乏对本文所讨论问题的了解。

用户仍然依赖最小通路尺寸泵作为设备选择的标准。

缺少统一的、全球共同接受的阻塞试验标准。

今天的最终用户希望他们的泵能够完成预定的任务，而不会提供什么“惊喜”。这就意味着泵必须能够阻止完全和部分阻塞。最终用户不能接受因为泵的阻塞而使运行被打断并需要进行额外的（非计划的）维护。只有这些期望得到满足后，才可以考虑效率的提高。最终用户将会希望泵能够高效地启动，并在短期和长期的污水运行中一直保持高效。只有现代的、自清洁的泵水力系统和具有切割功能的泵才能在泵送污水、雨水和其他含软固体的液体时提供持久效率。