提高中小型混流泵装置效率技术初探

王梅仙 张钦扬

（1.宜兴市和桥镇水利农机站，江苏 无锡 214211；2.扬州市邗江区水利局，江苏 扬州 225000）

1 概述

中小型混流泵是我国平原地区农田灌溉主要泵型之一。宜兴市现有泵站大部分始建于上世纪60、70年代，经过数十年的运作，泵站的装置效率普遍下降，出现耗能高、效率低的“病态”。近年来，和桥镇先后对具有代表性的10 座中、小型混流泵站进行泵改前装置效率测试，测试结果均为30%～40%之间，远远低于部颁标准54.4%，能源浪费现象普遍。研究影响混流泵站装置效率的因素，并设法提高其装置效率，对增加出水量、降低能源单耗具有积极意义。

2 影响泵站装置效率的因素分析

泵站装置效率是综合反映机泵效率、传动效率、管路系统效率和机组工况的重要指标，也是衡量泵站配套是否合理的主要依据。可用如下关系式表示：

式中：

η装—泵站装置的效率，%；

η泵—水泵效率，%；

η动—动力机效率，%；

η传—传动效率，%；

η管—管道效率，%；

η池—进、出水池效率，%。

由公式可以看出，水泵、动力机、传动装置、管道、进出水池等效率高，整个装置效率就高，反之，则整个装置效率就低。可见，要提高泵站的装置效率必须首先提高水泵、动力机、传动装置、管道、进出水池的工作效率。

2.1 水泵效率的影响

提高水泵的效率，减少水力损失是关键。水泵的水力损失包括摩擦损失、局部损失和冲击损失。由于设计、施工、管理等方面的原因及机泵选型配套不当，水泵往往在设计工况点以下工作，处在低效区运行。和桥镇部分平原圩区地势低洼，属低扬程地区，实际净扬程不超过3.0 m，总扬程也不超过4.0 m，而使用的350 HW、400 HW、500 HW 型混流泵的额定扬程大多在7.0 m 左右，致使水泵运行的工况点偏离高效区，水泵效率大大降低。

2.2 电机效率的影响

据调查，和桥镇的混流泵站中，有70%以上的泵站存在“大马拉小车”问题。在泵站的节能改造中，调整大机带小泵是提高装置效率的关键措施。首先，动力机和水泵在功率上必须合理配套，在计算水泵的配套功率时，动力机的备用系统不宜选用过大，否则会引起动力机负载不足。而动力机的负载不足时，会使电机的效率及功率因素明显下降。实践证明：当电机空载运行时效率为零，功率因素也很低，为0.2 左右；电动机的效率和功率因素都随着负载的增加而提高，当电动机在额定负载下运行时，其效率和功率因素都达到最大值，一般为0.75～0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”的现象，动力机只有在满载或接近满载的情况下运行时，才有最好的经济性和动力性。

2.3 传动方式的影响

长期以来，混流泵站传统的传动方式是皮带传动，传动效率只能达到90%～95%左右。

2.4 管道效率的影响

和桥镇混流泵站在泵改前普遍存在着弯管多、高射炮式出流多等情况。另外，进出水管路偏长，沿程损失偏大，造成管道效率下降，也是泵站装置效率降低的主要原因之一。

2.5 水池效率的影响

水池效率对泵站装置效率有较大影响，往往被人们忽视。有的泵站进出水池未经水力计算，水流紊乱。据调查分析，进口有杂物影响装置效率5%～10%；前池淤积影响装置效率5%～8%；另外，有的泵站甚至没有固定形式的进出水池，进入水泵的水流易产生漩涡，造成水面空气被带入水泵，影响水泵运行的稳定性和工作性能。

3 提高泵站装置效率的技术措施

现通过列举和桥镇石路泵站改造建设前后相关数据，综合分析说明提高泵站装置效率的技术措施。石路泵站改造前后装置效率对比详见表1。

3.1 合理选择水泵型号

石路泵站灌区农田灌溉面积为1088 亩，而本地区的农田灌溉模数为3 m3/（s·万亩），因此，满足灌区农作物的需水流量为：

表1 和桥镇石路泵站改建前后实测装置效率对比表

Q=m×q=0.1088 万亩×3 m3/（s·万亩）=0.326 m3/s

由于离心泵适用于小流量、高扬程，而本灌区实测净扬程为3.352 m，属于低扬程，综合考虑当地实际情况，决定选用16HBC-40 型混流水泵1 台，淘汰原超期运行的14HBA40P型水泵。若水泵的扬程与实地总扬程基本相符，运行时平均效率较高，工作点落在高效区以内。若所选水泵与实地扬程不符时，可调节水泵转速，但水泵转速的提高应控制在额定转速的10%以内，降低转速不低于额定转速的60%。机泵设备的磨损与锈蚀将使装置效率降低，因此，必须加强管理，定期保养，定期维修，更换易损件，如镶口环、换叶轮等，确保机泵设备处于良好的运行状态。

3.2 提高管路系统效率

管路系统设计安装不当，将增加扬程损失，降低装置效率。减少管路弯头，缩短进、出水管路长度是提高管路效率最有效、最直接的办法。原石路泵站水泵安装采用斜式安装，进水管采用长度4 m、45°进水弯头1只，出水管长度3 m。泵改时，提倡管道直进、斜出，改斜管为直管，缩短进出水管路，减少弯管。目前，石路泵站采用进水管长度2.8 m、90°进水弯头1 只，出水管长度1 m。对于中小型混流泵站的管径，一般在流量不变的条件下，管径大、扬程损失小。因此，适当加大进、出水管口径，对提高泵站装置效率具有一定意义。为优化管道设计，采用同心异径管、偏心异径管，使得进、出水管管径比水泵进出水口大。石路泵站泵改后进水管采用偏心异径管1 节，长度0.8 m，一端连接进水弯管，另一端连接水泵进口；出水管采用同心异径管1 节，长度0.5 m，一端连接出水直管，另一端连接水泵出口。另外，要保证管道不漏水、不漏气，使管道的沿程损失和局部损失降到最低限度。

3.3 改造泵站进、出水池，改善引水条件

原石路泵站进、出水池设计不当，进水池净长不足2.5 m，净宽为1.4 m，不符合《小型机电排灌配套手册》设计要求。泵改时，石路泵站经重新设计，进水池净长（经验公式）L=4D，D 为喇叭口直径0.8 m，故L 取4.0 m；净宽B=（2～2.5）D，故B 取1.6 m。进水管口悬空高度为h1=（0.5～0.7）D，取0.5 m；进水管口最小淹没水深h2=（1.3～1.5）D，取1.0 m，从而保证水流平稳，衔接顺畅。实践证明：泵站进、出水池水流条件的好坏，不仅关系到进、出水池效率的高低，而且会影响到机泵等其它部分的效率。因为进水条件不良，会产生回流、漩涡；出水条件不好，会加大水头损失，增加提水扬程。

3.4 提高电机效率，合理配套电机容量

原石路泵站使用的电机设备型号为JO281-6，能耗高，效率低，属于国家明令淘汰的JO 系列产品。2004年，对石路泵站进行更新改造，改用Y180L-4 型电机。对绝缘老化、效率低下、有安全隐患的电机实行更新，也是提高电机效率最直接有效的途径。

3.5 改进传动方式

传动效率的高低与传动方式有关，联轴器的传动效率最高，但由于不能变速和改向及制造低速动力机不够经济等原因，在广泛使用方面受到限制。当采用皮带传动时，以三角带开口传动居多，三角带的型号与根数要通过计算获取，新旧和松紧度应一致。只有严格按照皮带传动的要求进行设计、安装，才能实现高效率传动。石路泵站泵改前及泵改后均采用了三角带开口传动方式。

从表1 测试的数据分析，石路泵站原装置效率为41%，低于部颁标准，落实泵改的各项节能措施后，泵站的装置效率明显提高，达到65%，超过了部颁标准。

3.6 其他节能措施

及时清除前池和进水池中的污物和淤泥，清除杂草，以改善水质，保证水流通畅，流态均匀。控制温升，注意泵站的通风散热，使动力机在规定的温升下运行。

4 典型泵站改建前后的效益分析

4.1 社会效益

泵站改造建设不仅体现在量化的经济效益上，还体现在社会效益上。

（1）泵站改造后，水泵出流量增大，灌水效率提高，解决了农田灌溉用水高峰期间的用水矛盾，使得社会更加和谐、稳定。

（2）有效保障了灌区群众的正常生活，保证农业耕作正常进行。

4.2 经济效益

由于中小型泵站改建工程为一次性投入工程，当年投资，当年竣工，当年获得收益，其经济效益一般采用静态分析法计算。现从和桥镇具有代表性的10 座混流泵站中选取5 座典型泵站进行泵改后经济效益静态分析，以便对泵站建造工程的经济效益作出评价（见表2）。

从表2 可以看出，5 座典型泵站改建后，经济效益十分显著。

（1）在投资回收年限指标上（已计入排灌增产效益），泵站改建工程可于4～6年时间收回投资成本，符合我国水利工程标准还本年限规定的5～15年。

（2）提高了装置效率，降低了能源单耗，经改建后的泵站，装置效率一般可在原有基础上提高15%～20%。

（3）泵站改造后，增加了流量，降低了成本。

根据典型实例分析，泵站改造后在节电、节水、增产等方面的效果也相当显著。

5 结论

实践证明，通过优化配置，对中小型泵站进行节能改造，能切实提高泵站的装置效率，是一项值得推广的节能工程。

表2 和桥镇典型灌溉泵站改建前后的经济效益分析