自吸泵（污水提升泵）启动过程中自动调节对快速上量的影响及优化研究

1. 引言

自吸泵作为一种能够自动将液体从低位提升到高位的设备，因其无需灌泵即可启动的特性，在污水处理、农业灌溉、工业排水等众多领域得到广泛应用。污水提升泵作为自吸泵在污水处理场景中的具体应用形式，其性能的优劣直接关系到污水输送的效率和稳定性。在实际运行中，自吸泵启动过程中的快速上量能力至关重要，它不仅影响到系统的初始运行效率，还对整个系统的能耗和可靠性产生影响。自动调节技术的引入为自吸泵的高效运行提供了可能，但在启动阶段，自动调节如何影响快速上量以及如何优化这一过程，仍有待深入研究。

2. 自动调节对快速上量的影响分析

2.1 积极影响

合理的自动调节能够显著提升自吸泵的快速上量能力。在启动初期，通过自动调节电机转速，可使叶轮快速达到合适的运行速度，从而迅速在泵内形成足够的负压，加快液体的吸入速度。例如，采用变频调速技术的自吸泵，能够根据启动过程中的实际需求，精确调节电机转速，使泵在短时间内达到最佳的工作状态，大大缩短了启动时间，提高了上量效率。此外，自动调节系统还能根据液体的性质、吸入管路的阻力等因素，实时调整泵的运行参数，确保泵在不同工况下都能实现高效的快速上量。

2.2 消极影响

然而，当前部分自吸泵的自动调节系统在启动过程中存在一些问题，对快速上量产生了不利影响。一方面，部分自动调节系统的响应速度较慢，当泵启动时，传感器检测到参数变化并将信号传输给控制器，控制器再做出相应调节，这一过程存在一定的时间延迟。在这段延迟时间内，泵可能无法及时调整到最佳运行状态，导致启动时间延长，上量速度减慢。另一方面，自动调节系统的参数设置不合理也会影响快速上量。例如，压力传感器的量程选择过大，可能导致检测精度降低，控制器无法准确判断泵的实际运行情况，从而做出错误的调节决策，影响泵的快速上量性能。此外，不同品牌和型号的自吸泵在结构和性能上存在差异，若自动调节系统的参数未针对具体泵型进行优化，也难以实现理想的快速上量效果。

2.3 出口阀调节对启动性能的补充影响

在自吸泵启动过程中，出口阀的开度控制是影响快速上量与能耗的关键辅助因素。传统启动方式若直接全开出口阀，可能导致启动瞬间管路阻力骤增，叶轮需克服较大负载加速，不仅延长上量时间，还会因启动电流过大增加能耗。而通过动态调节出口阀开度，可在启动初期保持较小开度（如 30%-50% ），降低管路阻力，使叶轮快速达到临界转速并形成有效负压，待泵内气液混合趋于稳定后（约 5-8 秒内），再线性开大阀门至目标开度。此策略可减少启动阶段的机械冲击，同时通过降低电机启动负荷实现节能效果。

3. 优化措施

3.1 改进控制算法

采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，提高自动调节系统的响应速度和控制精度。模糊控制能够根据经验规则，对泵启动过程中的复杂工况进行快速、准确的判断和调节，避免传统控制算法中因精确数学模型难以建立而导致的控制效果不佳问题。神经网络控制则具有强大的自学习和自适应能力，能够通过对大量运行数据的学习，不断优化调节策略，提高泵在启动过程中的快速上量性能。例如，将模糊控制与 PID 控制相结合，形成模糊 PID 控制算法，在自吸泵启动过程中，根据传感器反馈的实时数据，利用模糊控制规则在线调整 PID 控制器的参数，使泵能够快速、稳定地达到最佳运行状态，实现高效的快速上量。

3.2 优化传感器配置

选择高精度、高灵敏度的传感器，并合理布置其安装位置，确保能够准确、及时地检测到泵启动过程中的关键参数变化。例如，采用高精度的压力传感器，能够更精确地测量泵的出口压力，为自动调节系统提供更准确的反馈信号。同时，在泵的进口、出口以及气液分离装置等关键部位合理布置传感器，可实现对泵内气液流动状态的全面监测，为自动调节系统提供更丰富的信息，使其能够做出更科学、合理的调节决策。此外，定期对传感器进行校准和维护，确保其测量精度和可靠性，也是优化自动调节系统性能的重要措施。

3.3 采用智能自适应调节系统

开发智能自适应调节系统，使自吸泵能够根据自身的运行状态和外部工况的变化，自动调整调节策略和参数。智能自适应调节系统可通过对泵的运行数据进行实时分析，识别不同的工况模式，并根据预设的规则自动选择合适的调节策略。例如，当泵启动时，系统可根据吸入管路的长度、直径以及液体的性质等参数，自动计算出最佳的启动转速和调节参数，实现快速上量。在运行过程中，若外部工况发生变化，如液位波动、管路阻力改变等，系统能够实时监测并自动调整泵的运行参数，保持泵的高效运行。此外，智能自适应调节系统还可具备故障诊断和预警功能，当泵出现异常情况时，能够及时发出警报并采取相应的保护措施，提高泵的运行可靠性。

3.4 新增出口阀动态调节策略

引入基于流量 - 压力双闭环的出口阀自动调节模块，具体措施如下：① 启动初期节流控制：在泵启动0-3 秒内，通过电动执行器将出口阀开度锁定为 30% ，减少管路回压，使叶轮转速快速提升至额定转速的 80% ，缩短气液分离腔建压时间。 ② 压力- 流量协同控制：当压力传感器检测到出口压力达到 0.1MPa（约启动后 4 秒），触发阀门线性开大程序（开度变化速率设为 5%% 秒），同时通过流量传感器实时监测上量速率，确保阀门开度与流量增长同步，避免因阀门开大过快导致压力骤降。 ③ 节能模式切换：当系统流量稳定在目标值的 90% （如 12m³/h 的 90% 即 10.8m³/h ）时，自动切换至节能开度保持模式，通过 PID 算法微调阀门开度，使泵在高效区（扬程- 流量曲线的平坦段）运行，降低电机功耗。

4. 实验验证

选用 ZW50-15-30 型自吸泵，在模拟污水提升工况下，对比未优化与优化后的启动性能。采用精度 ±0.5% FS、量程0-1MPa 的压力传感器，及精度 ±1mm、量程 0-5m 的液位传感器监测参数，以 100Hz 频率采集数据。结果显示，未优化时，泵达到稳定流量（ 12m³/h ，波动 ±5% 内）需 18.2秒，出口压力在 0.15-0.35MPa 剧烈波动，泵体振动明显。优化后，启动时间缩短至 8.7 秒，提速 52.2% ；出口压力波动缩至 0.25-0.28MPa ，降幅60% ；泵体振动幅度下降 40% ，启动能耗降低 12% 。实验证实，改进控制算法等优化措施，显著提升了自吸泵启动时自动调节与快速上量性能。

5. 结论

自吸泵启动时自动调节对快速上量影响显著。合理调节可缩短启动时间、提高效率，但现有系统存在响应慢、参数匹配差等问题。通过改进控制算法、优化传感器配置及采用智能自适应系统等措施，能提升调节性能、实现高效上量。实际应用中需依泵型与工况选择优化方案，以提高运行效率与可靠性。未来，随智能控制与传感器技术发展，自吸泵自动调节性能有望进一步提升，为污水提升等领域提供更强支撑。

参考文献：

[1] 吴海明 . 污水提升泵站自动化控制系统设计 [J]. 电脑编程技巧与维护 ,2024,(10):66-68+71.