提高低揚程泵站裝置效率的措施

蔡伯寧 顧頂峰 王 麗

提高低揚程泵站裝置效率的措施

蔡伯寧 顧頂峰 王 麗

一、概述

泵站裝置效率是反映抽水設備及泵站各部分效率的綜合指標。因此，提高抽水設備及泵站各部分的效率是提高裝置效率的重要手段，也是提高泵站經濟效益的有效途徑。現結合某城市翻水站工程，就如何提高泵站裝置效率進行初步探討。

二、提高水泵效率措施

城市翻水站工程設計揚程一般較低，該例中水泵設計凈揚程為0.5m，水泵設計流量為10.0m3/s。水泵效率與水泵的設計、制造水平、運行工況和使用場合等情況有關，可從以下幾個方面采取措施提高水泵效率。

1.選擇最優泵型

根據水泵設計所需要的流量、揚程選擇合適的水泵型號，所選水泵在不同工況下運行應盡可能保持在高效區。水泵選型應通過水力性能曲線對比，綜合比較流量、揚程和效率的大小。低揚程大型泵站多采用軸流泵型式。該例設計時對立式軸流泵和貫流泵進行比選。泵站設計揚程較低，考慮到流道的水力損失占總揚程的比例較大，直接影響裝置效率。貫流泵流道從進口至出口呈直線形，流道平順，沒有彎曲，水流流態平穩，流道水力損失小，裝置效率高，高效區較寬。綜合比較，該工程采用貫流泵機組結構形式。

2.提高水泵過流部分的光潔度

水泵過流部分包括進水喇叭、導葉體、葉輪外殼、葉輪及出水彎管等，其中葉輪是水泵的主要過流部件。實踐證明，葉輪表面的光潔度直接影響水泵效率，如果水泵出廠時清砂除刺不徹底或長期使用受磨損，葉輪表面粗糙，水泵效率會明顯下降。該例水泵葉片為ZG1Cr18Ni9Ti不銹鋼單片整體鑄造，葉輪外殼采用ZG230-450母體，內襯不銹鋼，提高其抗汽蝕性能；導葉體采用結構件，以提高其制造精度和表面質量，導葉片采用ZG230-450單片鑄造，并對導葉表面進行打磨加工。通過采用高性能的材料和精密的制造工藝處理，可明顯提高水泵效率。

3.保證安裝質量

安裝質量差會使水泵在運行過程中產生振動、漏氣、漏水及軸承、填料的磨損等問題，直接導致耗費動力，嚴重影響水泵效率。因此，管路安裝要密封，支撐要牢固，防止管力傳給水泵；軸承、填料安裝要正確，在保證水泵不進氣的情況下，應盡可能減小機械摩擦；軸流泵各葉片的安裝角度應相等，否則會影響水泵效率。該例采用貫流泵，齒輪傳動，安裝時要注意徑向安裝精度要求，保證安裝質量。

4.控制密封間隙

水泵葉輪外緣與泵殼的安裝間隙會因磨損而增大，特別是從泥沙河流中取水的水泵磨損更快，致使水泵的流量損

失增加，效率下降。因此，水泵在使用過程中，應定期檢查泵的密封間隙，及時進行加工修整。該例中水泵體在葉輪外殼頂部設有觀察孔，便于觀察葉片運轉情況及安裝、檢修時測量葉片間隙，葉片與外殼之間的間隙為2.5mm左右。

三、提高動力機效率

1.合理配備功率

動力機和水泵在功率上必須合理配套。在計算動力機功率時，備用系數不宜選用過大，也不宜選用過小，否則會引起動力機負載不足或超載運行。動力機負載不足時會使電機的效率及功率因數明顯下降；動力機超載運行會引起燒瓦、跳閘等事故。實踐證明，動力機只有在額定負載的情況下運行時才有最好的經濟性和動力性，其效率和功率因數都達到最大值。對使用中的大機拖小泵或小機拖大泵的現象，均屬動力配套不合理，應設法用水泵變速、換機或換泵等方法解決。在有電源的地方，盡量選用電動機；在無電源的地方，優先選用柴油機。該例電機備用系數采用1.05，最高揚程下水泵配用功率為330kW，電機功率為355kW。

2.控制溫升

動力機周圍的溫度過高，會降低動力機的運行效率。因此，要注意泵站的通風散熱，使動力機在規定的溫升下運行。立式軸流泵電機通風散熱較貫流泵要好，該例在水泵效率、管路效率及土建經費的綜合考慮下，采用豎井式貫流泵方案。電機采用循環水冷卻，以保證其溫升符合要求。

四、提高傳動效率

傳動效率的高低與傳動方式有關。動力機與水泵之間的傳動方式有直接傳動和間接傳動兩種。直接傳動一般采用聯軸器直接傳動，其傳動效率最高，但由于不能變速和改向及制造低速動力機不夠經濟等原因，其使用推廣受到限制。間接傳動主要有皮帶傳動、齒輪箱傳動、液壓傳動和電磁傳動。中小型泵站普遍采用皮帶傳動，液壓傳動主要用于起動容易和易于調速的大型泵站，電磁傳動多用于遙控操作和自動化運行的泵站。該例選用德國進口弗蘭德齒輪箱傳動，其效率較高，結構緊湊，可靠耐用，傳遞功率大。

五、提高管路系統效率

進、出水管路是水泵裝置的重要組成部分，管路系統效率高低與管路的長度、直徑、管材內壁的糙率、管路附件的類型和數量以及流量等有關。管路損失由沿程損失和局部損失兩部分組成，一般采用下列措施來提高管路系統的效率：

1.縮短管路長度

在滿足設計要求的情況下進、出水管路的長度應最大限度地縮短。由于管路沿程水頭損失與管道長度成正比，管路越長則沿程水頭損失越大，管道效率越低。因此在管路的布置上盡可能改折線為直線，節省彎頭，縮短管長。

2.采用經濟管徑

為了減少管路損失，水泵進出水管口徑應采用經濟管徑。根據泵站的凈揚程和管道的流量，可按以下經驗公式估算所需要的出口經濟管徑：

式中：d—經濟管徑（m）；

Qmax—出水管道通過的最大流量（m3/s）；

Ha—泵站凈揚程（m）。

3.減少不必要的管路附件

由于管路附件的局部阻力系數很大，過多的管路附件會引起較大的局部損失揚程，消耗大量能源。管路附件的配置原則應符合經濟安全的要求，既要設置簡單需要的附件，使造成的局部損失最小，同時又要保證機組長期安全運行、管理方便。中小型泵站采用離心泵和混流泵的管路附件應盡量取消底閥和逆止閥，減少彎頭。在進口加裝喇叭管，出口采用輕質節能型拍門及設置平衡錘等措施，減少管路局部損失揚程。

4.避免“高射炮”式出流

“高射炮”式出流人為地抬高了泵站的實際揚程，使水泵的工作點向左偏移，水泵的流量減少，效率降低，同時由于出水池的水流紊亂，增加了池內的水頭損失，在工程中有可能造成動力機過負荷。因此在設計時應避免“高射炮”式出流。

六、優化進、出流道

泵站進、出水流道主要是對水流進行整流、收縮、導流，并最大限度地回收水流的動能。進、出水道形狀對泵站裝置效率影響較大。水泵進水條件不良會產生回流、旋渦，嚴重時會有渦帶吸入水泵，造成水泵汽蝕、振動，產生噪音，降低水泵效率。出水條件不好，會加大水頭損失，增加揚程。該例中進出水流道均采用平直管，控制進出口流速，通過對進出水流道寬度、高度和型線的控制，采用CFD對流道進行水力優化，讓水流得到充分調整，能較為均勻地流動，提高出水動能回收率，進而減少水力損失，提高裝置效率。

七、控制引河污物

在污物較多的河流上取水，由于水中污物量的增加，會使水泵的流量減少，揚程增加，功率加大，運行效率下降。在實際運行中應及時清理泵站進水池口攔污柵的污物，避免造成動力機負荷過大的情況。中小型泵站多采用人工清污的方式，大中型泵站多采用自動清污方式。該例中泵站在引河上游設置清污機橋的方式，采用回轉式清污機并配套皮帶機，及時自動清污，有效減少進水側水力損失，保證水泵工作揚程滿足設計要求。

八、結論

泵站裝置效率是反映整個抽水裝置有效利用程度的一項重要的技術經濟指標，裝置效率與水泵、電機、傳動設備、管路系統及進、出水流態均有密切關系。設計時，需綜合考慮各種有效因素來提高整個泵站的裝置效率，充分發揮水利工程的實際效益■

（作者單位：江蘇省淮安市清浦區水利局 223003 江蘇省鹽城市水利勘測設計研究院 224000 江蘇省淮安市水利勘測設計研究院有限公司 223005）