小型排灌泵站更新改造節能設計

劉瑞梅，王迺杰，劉景富

（1.天津市水利勘測設計院，天津 300204；2.天津市海河管理處，天津 300131；3.天津市三電汽車空調有限公司，天津 300385）

小型排灌泵站是農村經濟發展的重要基礎設施，在農田排澇、灌溉、防洪、生態環境改善等方面發揮著不可替代的重要作用，是保家園、保生產的重要設施。天津市現有農村國有小型排灌泵站272座，多建于60～70年代，經多年運行，存在不同程度的老化、損壞、高耗能、低效率等問題。2007年開始著手逐步對農村小型排灌泵站進行更新改造，在排灌泵站的改造中，首先對現有泵站進行測試，找出低效、高耗的原因，然后有針對性地采用綜合技術措施進行改造。

1 現有排灌泵站存在的主要問題

1.1 設備陳舊，配套不合理

由于產品更新，維修無配件，更新無資金，現有小型排灌泵站大都在低效率運行，水泵的實際流量比額定流量一般衰減20%～25%，提水能力明顯下降；泵站的裝置效率一般為40%～48%，低于55%的部頒標準；能源單耗一般為6.8～5.7kWh/kt·m，大于5.0kWh／kt·m的部頒標準。

70%的電機生產于60～70年代，電動機、頻敏啟動箱及低壓配電裝置等大部分屬于淘汰產品，設備很難購買配件；變壓器、開關柜、電機等產品質量差，技術落后，耗能高；電纜老化嚴重，泄漏電流嚴重超標。

設備配套不合理的情況較多，主要有機泵不匹配、水泵與揚程不匹配等，造成泵站長期低效運行。

1.2 泵站布局不合理

進、出水池設計尺寸和結構布局不當，造成池壁阻水，導致水頭雍高，水頭損失較大；進水流道設計不合理，導致進水池中流態紊亂，并伴有漩渦產生。

1.3 建站時間長，建筑物老化

天津市現有的272座農村國有排灌泵站，建于50～70年代初的占總數的35.7%，建于70～90年代初的占總數的59%，建于90年代的占總數的5.3%。大部分泵站均已運行30a，水工建筑和土建設施損壞嚴重：進、出水池淤積嚴重；主泵房、管理用房等屋頂多處漏雨；門窗朽爛，室內外墻面破損。存在諸多安全隱患。

1.4 管理不完善

現有管理單位普遍存在機制不靈活、體制不健全、改革力度不夠、資金缺乏等問題，有的甚至陷于癱瘓或無人管理狀態。

排灌泵站為自收自支單位，沒有行政事業費撥款，2005年以前主要收入來源是水費，即水費標準較低，征收困難，征收率基本在20%，造成運行管理費用嚴重不足，泵站操作人員得不到專業培訓，缺乏必要的專業知識，設備使用不規范，缺少正常的維護保養，泵站老化失修、損壞嚴重，導致泵站管理水平普遍偏低。

2 小型排灌泵站節能改造的技術措施

2.1 更新水泵，提高主泵運行效率

合理的水泵選型應該以多年平均揚程作為選泵依據，以最高揚程進行校核，要求在平均揚程時，水泵在高效區運行；在最高揚程和最低揚程下，水泵能安全穩定運行。

對于排水站來說，遇特大暴雨時需以最快速度將澇水排出，以確保農田免遭澇災。這時應按水泵的最大排水能力來確定水泵的葉片安裝角（或水泵轉速），使其發揮最大功效。

對于選型不當的離心泵或蝸殼式混流泵，若其基本性能尚好，可采用變速、變徑調節，更換葉輪或更新主泵。對于可調葉片的軸流泵和導葉式混流泵，可采用變角、變速調節，或根據情況改造導葉、葉片或葉輪。變速、變角調節都有一定的限度，如果水泵工作點的性能參數與實際需要相差較大，或經使用后葉輪、口環等零部件已磨損，就應更換新的零部件，以保證水泵的正常工作。

2.2 更新節能電機，提高電動機運行效率

淘汰老式電機設備，使用新型節能電機產品，可直接提高電機效率。

盡量使電動機配套功率，滿足主泵各種工況的需要，并留有一定富余，電動機配套功率的備用系數不宜過大或過小，備用系數過大，電動機效率要降低，其功率因數也降低，增加輸電線路和變壓器的損耗；備用系數過小則會使電動機難負其重，大大縮短電動機壽命。一般應使電動機負荷率β≥0.7，當β＜0.5時，長期輕載運行，效率低，能耗高，運行費用大，應按與主泵優化配套的要求，調整使用或更換。

2.3 改造傳動裝置，提高傳動效率

在電動機的轉速能夠滿足水泵運行工況的情況下，應優選直接傳動，該傳動方式比間接傳動可提高傳動效率3%，注意傳動裝置應安裝正確，避免聯軸器不同心影響傳動效率。直接傳動一般只適合于水泵和電動機轉速相同的情況。間接傳動的效率較低，當需要改變水泵轉速時可以采用這種傳動方式，以提高水泵的運行效率。需要指出的是，利用間接傳動方式來改變水泵轉速能否達到節能目的還應進行分析比較。

2.4 改造管路，提高管路效率

管路是泵站的重要組成部分，對工程投資和運行費用及節能均有較大影響，管路效率與管路水頭損失成反比，而水頭損失又與管長、管徑、管壁粗糙度及管路附件的阻力系數等因素有關。因此適當地縮短管長、減少彎頭、選擇經濟管徑、控制經濟流速，設計或選擇阻力系數較小的管路附件等是提高管路效率的主要途徑。

2.5 改造進、出水池，減小進、出水池水頭損失

在節能改造時，應合理確定進、出水池的形狀和尺寸，設計不合理不僅會增加水頭損失，而且會引起漩渦、回流、脫壁等不良水力現象，從而惡化水泵的進水條件，降低水泵效率。

當水源條件變化時,進水池中水泵吸入管口的最小淹沒深度經常會變小，從而誘發漩渦，可采用適當降低進水池底板高度、降低水泵安裝高度的措施來改善進水條件。出水池的水頭損失與管口出流形式及出水池的形式尺寸有關，應盡量避免管口高于出水池水面的自由出流方式，該方式會顯著地增加水頭損失，應改為淹沒出流。另外，采用側向出水時盡量避免水流沖擊池壁，此時產生的反射波會增加水泵工作揚程。

2.6 加強人員培訓，提高管理水平

搞好泵站管理和維護，成立專業維修隊伍，加強對泵站管理人員的培訓，提高生產安全性。

2.7 選用節能設備

泵站工程的建筑設計應盡量細化設備尺寸，合理減小房屋建筑面積，最終減少供熱供電面積，減少能源消耗；積極利用自然光和自然通風條件，減少電能消耗；發展節能型墻體和屋面，重點推廣外保溫墻體，采用合理的窗墻比及建筑體型。生活區內辦公樓及宿舍節能設計按《公共建筑節能設計標準》進行設計，滿足三步節能要求。建筑設備方面，推廣高效節能型設備，減少能源損耗。

3 結語

提高泵站的節能潛力必須全面考慮，綜合改造。節能技術在排灌泵站改造中的應用，將對提高泵站的效率和節約能源發揮重要作用，對當地社會經濟的可持續發展及生態環境的改善產生積極影響。

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