胡 曦，邱曉僑，江如春

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）

1 概述

泵站的修建能夠提高城市輸送水效率，同時對農(nóng)業(yè)和城市水資源的高效利用起重要作用［1-3］。然而，當(dāng)水體被雜質(zhì)污染時，即使其含量不超過最大允許濃度標(biāo)準(zhǔn)和其他監(jiān)管指標(biāo)，也可能會引起泵站超負(fù)荷高溫運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致泵站的功耗和損傷不斷加大，因此研究泵的節(jié)能方式和措施具有重要意義［4-5］。

何樹桐等［6］采取對泵體結(jié)構(gòu)重新設(shè)計定型，噴涂光滑的新型耐磨涂層，使用機械密封，優(yōu)化密封環(huán)的結(jié)構(gòu)與型式等措施，顯著提高泵的運行效率；王嬌等［7］就鋼鐵廠漩流井水循環(huán)泵的耗能狀況進(jìn)行節(jié)能探索，提出一種切實有效的節(jié)能改造新思路；朱偉等［8］結(jié)合工作實踐，研究了一種高效循環(huán)水泵站；王亞美［9］針對循環(huán)水系統(tǒng)供水泵電耗高，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、分析計算,“量身定做”系統(tǒng)優(yōu)化方案，通過更換適宜的節(jié)能水泵,實現(xiàn)供水電耗大幅下降；丁林玲等［10］以濁環(huán)水系統(tǒng)精軋供水泵為例，將高效節(jié)能水泵技術(shù)應(yīng)用在該系統(tǒng)的節(jié)能改造中；張清慧［11］論述了循環(huán)水泵站節(jié)能改造的措施與效果；李營［12］基于現(xiàn)有設(shè)備工作條件的原始設(shè)計和參數(shù)采集，結(jié)合系統(tǒng)的最優(yōu)運行原理，確定產(chǎn)生能耗高的原因，進(jìn)而找出系統(tǒng)的最高效運行條件；成華峰［13］針對山西焦化股份公司循環(huán)水系統(tǒng)耗電高的情況，對焦化廠一、二、三循環(huán)水系統(tǒng)能耗進(jìn)行分析，并選取其中的4臺泵進(jìn)行了高效節(jié)能泵改造；李曉平等［14］采用將舊泵全部用高效節(jié)能泵更換后，大大提高了系統(tǒng)的運行效率，降低供水電耗，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的；黃俊等［15］通過對某泵站水系統(tǒng)實際運行的工況參數(shù)進(jìn)行分析、研究，結(jié)合該系統(tǒng)管路流體力學(xué)特性，并按照系統(tǒng)最佳運行工況參數(shù)，定制高效節(jié)能泵及高效穩(wěn)流裝置。

本文通過文獻(xiàn)研究，考慮到設(shè)計節(jié)能泵的主要困難是構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，而水質(zhì)的變化對泵站的能耗有顯著影響，因此提出一種環(huán)境影響指標(biāo)，考慮水的懸浮顆粒濃度、化學(xué)性質(zhì)和密度等因素，為節(jié)能泵設(shè)計提供參考。

2 工程概況

江都一站位于江都區(qū)引江橋南，是江都水利樞紐的重要組成部分。江都一站于1961年12月開工興建，1963年3月竣工。1994年11月進(jìn)行加固改造，對所有機電設(shè)備進(jìn)行更新，于1997年3月通過竣工驗收。2020年完成了低壓動力柜改造、微機機電保護(hù)更新、勵磁改造等項目。項目設(shè)計將主廠房QD30/5-12A5S雙梁橋式起重機全車傳動系統(tǒng)改造為變頻調(diào)速系統(tǒng)，主要對主副鉤、大小車的起升運行系統(tǒng)加裝變頻改造總電源滑線，更換減速機、電機、制動器、半齒聯(lián)軸器維護(hù)清洗注油，全車電纜更換。

3 節(jié)能泵設(shè)計指標(biāo)

節(jié)能泵系統(tǒng)設(shè)計通常需要考慮技術(shù)和經(jīng)濟因素，并明確環(huán)境因素來證明其節(jié)能效果（通過進(jìn)入空氣和水中的有害排放物確定）。節(jié)能泵能夠降低發(fā)生壓力沖擊的可能性，防止管道的破壞，其設(shè)計過程中一個重要方向是增加控制泵的單位容量。設(shè)計節(jié)能泵的主要困難是構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，因為水質(zhì)的變化對泵站的能耗有顯著影響，本文的節(jié)能泵設(shè)計則重點考慮環(huán)境因素變化。一般來說，泵站送水的質(zhì)量可由一組參數(shù)表征，這些參數(shù)包括懸浮顆粒濃度、化學(xué)性質(zhì)、密度、溫度等，對抽水水質(zhì)進(jìn)行評估的各項指標(biāo)見表1。

表1 水質(zhì)量特性條件評估

本次設(shè)計主要考慮指標(biāo)為濁度流與飽和翼繞流，計算要素包括懸浮泥沙流量、水流量、漂浮物總量、徑流量，因此當(dāng)進(jìn)行泵站設(shè)計時，將以上評價環(huán)境指標(biāo)納入泵設(shè)計會大大增加泵站的運行周期，降低其能耗。

4 泵站節(jié)能措施

4.1 修整或更換葉輪

如果泵尺寸過大，采用節(jié)流以提高能效，降低產(chǎn)生壓力和流量相對經(jīng)濟有效的方法是修整或更換葉輪，以減小其直徑，將其限制在泵最大葉輪直徑的75%左右。隨著葉輪的修正，其與泵殼之間的間隙變得更大，形成更大的流量再循環(huán)，降低了泵效率。通過修整葉輪，其最高轉(zhuǎn)速降低，從而減少傳遞給泵送流體的能量，從而導(dǎo)致泵的流速和壓力降低。

4.2 使用變速驅(qū)動器

變速驅(qū)動器允許泵在其附近以任何水頭或流量通過電機，并可變速運行，以實現(xiàn)各種流量需求。使用變速驅(qū)動器的一個主要原因是通過減少不必要的能耗來提高能效，變速驅(qū)動器會減慢泵上的電機速度。使用變速驅(qū)動器來提高能效的第二個主要原因是可以節(jié)省能源，通?？梢怨?jié)省30%以上的能源，當(dāng)與灌溉泵一起使用時，功耗減少可以高達(dá)75%，當(dāng)安裝在用于乳制品應(yīng)用的真空泵上時，可以節(jié)省40%到63%的能源。

4.3 并聯(lián)泵系統(tǒng)

對于有多個不同負(fù)載要求的泵系統(tǒng)，可以使用并聯(lián)泵以提供需要輸送的流量。與單個泵相比，安裝多個泵為系統(tǒng)提供了更大的操作靈活性，效率更高，如果其中一個泵發(fā)生故障，系統(tǒng)還可以繼續(xù)工作，且維護(hù)要求較低。常見配置是安裝小泵滿足低流速運行，安裝大泵以應(yīng)對最大設(shè)計流量，實現(xiàn)這些優(yōu)勢的關(guān)鍵是正確選擇泵型。

4.4 管道優(yōu)化

在系統(tǒng)的設(shè)計階段就應(yīng)盡量避免管道急彎和突然變化，應(yīng)使用低損耗閥門和配件，管道選擇應(yīng)平衡管道的初始成本和泵送流體通過管道的成本，如大型管道價格昂貴，但泵送成本較低，摩擦損失較小。通過優(yōu)化管道，摩擦壓降將受到限制，克服此類損失所需的能量減少，因此可提高能效。

4.5 泵的磨損和維護(hù)

大多數(shù)磨損發(fā)生在運行的前幾年，并會導(dǎo)致水泵在泵曲線上向左移動。雖然磨損不可避免，但進(jìn)行日常維護(hù)將有助于減少磨損造成的效率損失，并減緩磨損過程。適當(dāng)?shù)木S護(hù)和保養(yǎng)包括更換磨損葉輪、軸承檢查維修、軸承潤滑和機械密封等。除了維護(hù)水泵，清潔和維護(hù)管道也可提高系統(tǒng)的能效。

5 結(jié)語

考慮到設(shè)計節(jié)能泵的主要困難是構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，而水質(zhì)的變化對泵站的能耗有顯著影響，因此本文提出了一種環(huán)境影響指標(biāo)，結(jié)合水的懸浮顆粒濃度、化學(xué)性質(zhì)和密度等因素，提出了數(shù)學(xué)模型構(gòu)建思路，為節(jié)能泵設(shè)計提供參考。研究結(jié)果表明，水質(zhì)變化對泵站的能耗有顯著影響，泵送水的質(zhì)量可由相關(guān)參數(shù)表征，這些參數(shù)包括懸浮顆粒濃度、化學(xué)性質(zhì)、密度和溫度等，其形成多維向量，將以上環(huán)境評價指標(biāo)納入泵設(shè)計指標(biāo)可增加泵站的運行周期，有效降低其能耗。