已建引黃泵站水泵運行效率提高途徑研究

李雪轉 吳爭兵

摘要：為了提高已建引黃取水泵站的水泵運行效率，對泵站進行科學管理，通過收集夾馬口引黃取水一級泵站運行資料和多年的運行經驗，分析了灌溉水含沙量時夾馬口引黃泵站水泵效率、出水流量、能源單耗、水泵部件磨損的影響。從提高水泵過流部件光潔度、減少過泵的含沙量、及時檢（維）修設備、嚴格運行管理、優化調度等方面，提出了提高水泵運行效率的途徑。

關鍵詞：水泵運行效率；能源單耗；途徑；已建引黃泵站

中圖分類號：TV675 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.026

山西省夾馬口引黃工程一級取水泵站受地形條件限制，工程設計時未考慮泥沙處理和沉沙方案，加上取水河段為黃河小北干流的中段，河床淤積嚴重、河勢不穩，黃河水流的含沙量較高，泵站運行時常有大量的泥沙淤積在前池內，直接影響水泵、管路及泵站裝置效率。

筆者在該引黃泵站多年運行資料的基礎上，利用科學方法，分析影響水泵運行效率的主要因素，提出提高已建引黃泵站水泵運行效率的途徑與對策。

1 含沙量對水泵運行效率的影響

1.1 進水池淤積泥沙對水泵效率的影響

進水池內的泥沙淤積是影響水泵運行效率的一個主要因素，夾馬口一級引黃取水泵站的進水池為開敞式，直接與水源工程的引水渠道相連接，在泵站運行期間，在進水池容易形成一定壅水，導致渠道流速減緩、泥沙沉積，并且越積越厚。

在泵站運行過程中，泵站流量是根據灌區作物種植結構和農田作物需水量的多少來確定的，泵站運行時常常只有部分水泵運行。在經常運行幾臺水泵的進口處容易形成相應的漏斗狀進水池，而在不經常運行的水泵進口處會逐漸被泥沙淤積堵塞。中間幾臺水泵運行時能夠保持正向進水，而兩邊的水泵因泥沙淤積而自然地形成了側向進水。泥沙淤積不僅減小了進水池的容量，而且改變了部分水泵的進水條件。處于進水池兩側的水泵機組，在泥沙淤積影響下水泵進水條件受到限制，致使水泵葉輪兩側進水不平衡，一邊發生嚴重的汽蝕、磨蝕，另一邊相對較好，使水泵的運行常處于不平穩狀態，影響水泵的運行效率。在灌溉結束后，在進水池中又會淤積大量的泥沙，在下一次泵站運行時，進水池淤積的泥沙又極易進入抽水泵體，磨損水泵部件，大幅度降低水泵運行效率。

1.2 泥沙含量對水泵出水流量的影響

夾馬口引黃一級取水泵站共有12臺機組，水泵是單級雙吸臥式離心泵，從北到南按一字形排列布置，由3種型號組成，1#～7#是800S-76型水泵，8#是24SAP-10型水泵，9#～12#是1200S-76型水泵。其中5#、6#水泵布置在廠房的中間位置，受進水池淤積泥沙的影響較小、每年運行的總時間最多，一般能保證其水流是正向進水。在分析夾馬口一級取水泵站2013-2015年（480d）實際運行資料的基礎上，選取2014年春季5#水泵（額定流量Q額=2.5m3/s，額定揚程H額=75.0m）部分運行資料（見表1），分析泥沙含量對水泵運行效率的影響。

根據表1中的數據分析，5#水泵出水流量Q單機與灌溉水含沙量W沙的關系見圖1。建立的單機出水流量與含沙量（W沙<6kg/m3）的關系式為

Q單機=2.354-0.088W沙（相關系數為0.7249）

由圖1可以看出：灌溉水含沙量高時，單機出水流量較小；含沙量低時，單機出水流量較大。可見，灌溉水含沙量對水泵單機出水流量影響較大，二者具有明顯的負相關關系，因此導致水泵的運行效率降低。水泵平均單機組能源單耗e與灌溉水含沙量之間的關系見圖2，擬合的關系式為

e=0.243+0.009W沙（相關系數為0.7342）

由圖2可以看出，灌溉水中的含沙量越低，單方水耗電量越小；含沙量越高，單方水耗電量越大。說明在凈揚程一定的情況下，單方水耗電量隨著含沙量的提高而增大，即含沙量越高，水泵運行耗能越大，相應地水泵運行效率越低，泵站的裝置效率越低。王建國[2]研究表明，含沙量越高，泵站裝置效率越低。

1.3 泥沙含量對水泵能源單耗的影響

能源單耗是反映泵站機泵配套、設備效率和機組運行工況等情況的一項綜合性技術經濟指標[1]。本文能源單耗是指在凈揚程一定的條件下，將1m3水提高到指定揚程所需要消耗的電量，即單方水耗電量。根據夾馬口一級取水泵站運行資料（見表1）統計分析，在不同工況運行條件下，夾馬口一級取水泵站5#

1.4 泥沙含量對水泵部件磨損的影響

據有關分析測定，在潼關—三門峽區段黃河泥沙中礦物成分石英、長石含量占95%，因此夾馬口引黃泵站引取的黃河水中沙粒硬度大、棱角多。由于農業灌溉用泵的過流部件大都為鑄鐵鑄造，抗泥沙磨蝕的能力較差，因此水泵葉輪等過流部件磨蝕嚴重。

水流含沙量高、硬度大，葉輪磨損得快，在運行過程中不可能按照要求隨時更換，導致水泵轉動部件間隙加大，形成惡性循環，最終導致水泵提前報廢。隨著泵站運行時間的延長，泥沙作用使得水泵過流部件表面的磨蝕、汽蝕等更加嚴重，這樣不僅改變了水泵流道水力形態，降低其表面精度，而且水泵密封環間隙變大，水泵的出水量減小，導致水泵運行效率下降。

2 提高水泵運行效率的途徑

引黃泵站水泵運行效率主要受含沙量和運行管理的影響，結合夾馬口引黃取水泵站多年的運行經驗，要提高引黃泵站水泵運行效率主要有以下途徑。

2.1 提高水泵過流部件光潔度

引黃取水泵站水泵運行效率取決于水泵結構、制造水平、運行工況和使用條件等。首先，水泵選型應滿足其流量、揚程等要求，確保水泵在高效區運行；其次，在已建泵站的水泵運行過程中，要確保過流部件表面光潔，如果葉輪表面粗糙，水泵效率就會明顯下降。對于已建引黃泵站，要對已磨損的葉輪及時進行噴鍍或涂敷修補，提高其過流部件的光潔度。例如夾馬口引黃泵站及時對葉輪磨蝕處噴涂Ni60（自熔合金粉末），水泵運行效率大大提高。

2.2 減少過泵水流的泥沙含量

泥沙含量是影響水泵運行效率的主要因素，為了減少過泵水流的泥沙含量，可采取以下措施。

（1）引取水過程沉沙。對于水源水位變幅大、底沙多的河段，一方面可采用纜車或浮船、浮泵引取表層水，減少取水中的泥沙；另一方面，可利用長距離的引水渠道作為沉沙池，一邊引水輸送，一邊進行沉沙，減少引取水中的泥沙。例如夾馬口引黃工程就是采用這兩種方法減少水體中的泥沙的。利用浮體泵站始終引取黃河的表層清水，然后通過8km的引水渠道輸送到取水泵站的進水池，在輸送過程中進行沉沙，引到進水池中水的含沙量大大降低。

（2）保持進水池流態平穩。為減少進水池泥沙淤積，應選擇合適的取水口、進水池形狀和尺寸，使進入水泵的水流流態穩定，保證水泵高效運行。取水口宜設在河流凹岸中點偏下游較遠的直段處，進水閘宜采取與水流岸邊齊平或稍向外突出的布置方式。進水池應該緊靠閘門，并且設置隔墻，采取單機、單池、單水閘進行控制，減少進水池中的泥沙淤積。對已經建成的泵站，如果進水池流態不穩，可在進水管周圍加裝導流隔板，使水流暢通，流態均勻，進入水泵的泥沙減少。

（3）及時清理進水池淤積泥沙。對于泥沙淤積嚴重的進水池，在泵站運行前，采用人工或機械進行清淤，清除上一次泵站運行時淤積在進水池中的泥沙，盡量使過泵泥沙的含量不超過5%。這樣不僅可以減少進水池中的泥沙，而且可以增大進水池的容量，使進入水泵的水流平穩，保證運行水泵正向進水。

2.3 及時進行設備檢（維）修

及時進行檢（維）修是水泵高效運行的保障。引起水泵效率下降的因素主要有機械損失、容積損失和水力損失等。水泵機械損失與填料密封裝置摩擦損失、葉輪前蓋板表面與液體之間的圓盤摩擦損失、軸承的摩擦損失等有關。水力損失與水流通過水泵時水力摩擦損失和水力沖擊、脫流、速度變化等引起的損失有關。引黃泵站引起水泵效率下降的主要原因是容積損失，檢修中應控制口環間隙值，在確保不卡阻的前提下，口環間隙應較小。如夾馬口一級取水泵站3種泵型口環間隙控制在0.8mm以下。

2.4 嚴格執行運行管理規程

嚴格執行運行管理規程，做好水泵機組運行前的排氣，填料密封裝置的調整，運行中流量、效率的監測等。做好出水閥門的關閉位置檢查，確保閥門關閉到位，無回水現象。保持進水池高水位運行，降低水泵實際工作揚程，增加水泵吸水管的淹沒深度，改善水泵吸水條件和進水流態，能夠使泵站運行處于最佳狀態。另外，應及時清理攔污柵，保持水流通暢。

2.5 優化水泵機組運行模式

適時掌握黃河水含沙量的變化情況，確保水泵在允許含沙量條件下運行。根據《泵站技術管理規程》（SL255-2000），含沙量>8%時，會造成水泵流量減小、效率降低，并加劇水泵過流部件的磨蝕。因此，水泵應盡可能避開高含沙量條件運行。對于已建的引黃泵站，在水泵允許含沙量條件下，張玉勝等[3]根據多年實際運行資料，通過數值模擬多臺水泵在不同條件下的運行工況，確定不同出水流量時最優運行工況，提出優化運行模式，提高泵站裝置效率，對于同一泵站、同一型號的水泵因運行時間不同、過流零部件汽蝕磨蝕損壞程度不同導致的效率不同，應優先運行效率較高的水泵。

參考文獻：

[1]許俊俠.抽水泵站能源單耗偏高的原因及改進措施[J].陜西水利，2008（3）：59.

[2]王建國.夾馬口灌區泥沙問題及處理措施[J].山西水利科技，2004（1）：34-35.

[3]張玉勝，吳建華，李雪轉，等.夾馬口取水泵站節能運行優化設計[J].人民黃河，2016，38（7）：142-144.