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(shè)備及泵站各部分效率的綜合指標(biāo)。因此，提高抽水設(shè)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(jīng)濟效益的有效途徑?，F(xiàn)結(jié)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(shè)計揚程一般較低，該例中水泵設(shè)計凈揚程為0.5m，水泵設(shè)計流量為10.0m3/s。水泵效率與水泵的設(shè)計、制造水平、運行工況和使用場合等情況有關(guān)，可從以下幾個方面采取措施提高水泵效率。

1.選擇最優(yōu)泵型

根據(jù)水泵設(shè)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(yīng)盡可能保持在高效區(qū)。水泵選型應(yīng)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(shè)計時對立式軸流泵和貫流泵進行比選。泵站設(shè)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(tài)平穩(wěn)，流道水力損失小，裝置效率高，高效區(qū)較寬。綜合比較，該工程采用貫流泵機組結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(nèi)襯不銹鋼，提高其抗汽蝕性能；導(dǎo)葉體采用結(jié)構(gòu)件，以提高其制造精度和表面質(zhì)量，導(dǎo)葉片采用ZG230-450單片鑄造，并對導(dǎo)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(zhì)量

安裝質(zhì)量差會使水泵在運行過程中產(chǎn)生振動、漏氣、漏水及軸承、填料的磨損等問題，直接導(dǎo)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(yīng)盡可能減小機械摩擦；軸流泵各葉片的安裝角度應(yīng)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(zhì)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(yīng)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(shè)有觀察孔，便于觀察葉片運轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(jīng)濟性和動力性，其效率和功率因數(shù)都達到最大值。對使用中的大機拖小泵或小機拖大泵的現(xiàn)象，均屬動力配套不合理，應(yīng)設(shè)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(yōu)先選用柴油機。該例電機備用系數(shù)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(fēng)散熱，使動力機在規(guī)定的溫升下運行。立式軸流泵電機通風(fēng)散熱較貫流泵要好，該例在水泵效率、管路效率及土建經(jīng)費的綜合考慮下，采用豎井式貫流泵方案。電機采用循環(huán)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(guān)。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(lián)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(jīng)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(diào)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(jié)構(gòu)緊湊，可靠耐用，傳遞功率大。

五、提高管路系統(tǒng)效率

進、出水管路是水泵裝置的重要組成部分，管路系統(tǒng)效率高低與管路的長度、直徑、管材內(nèi)壁的糙率、管路附件的類型和數(shù)量以及流量等有關(guān)。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(tǒng)的效率：

1.縮短管路長度

在滿足設(shè)計要求的情況下進、出水管路的長度應(yīng)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(jié)省彎頭，縮短管長。

2.采用經(jīng)濟管徑

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

式中：d—經(jīng)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(shù)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(yīng)符合經(jīng)濟安全的要求，既要設(shè)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(yīng)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(zhì)節(jié)能型拍門及設(shè)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(nèi)的水頭損失，在工程中有可能造成動力機過負荷。因此在設(shè)計時應(yīng)避免“高射炮”式出流。

六、優(yōu)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(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)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(yōu)化，讓水流得到充分調(diào)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(yīng)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(shè)置清污機橋的方式，采用回轉(zhuǎn)式清污機并配套皮帶機，及時自動清污，有效減少進水側(cè)水力損失，保證水泵工作揚程滿足設(shè)計要求。

八、結(jié)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(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，裝置效率與水泵、電機、傳動設(shè)備、管路系統(tǒng)及進、出水流態(tài)均有密切關(guān)系。設(shè)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(fā)揮水利工程的實際效益■

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