提高取水泵站离心泵效率的理论与实践

吴健（泸州市兴泸环保发展有限公司，四川泸州646000）

水泵是通用性的机械，广泛用于采矿、冶金、电力、石油、化工、市政、农林等行业，而供水企业中运用就更多了。水厂取水泵站有离心泵、真空泵、排污泵等多种形式泵。并且从经济的角度来看，供水企业都是用电大户，而它总用电量的95%～98%是用来维持水泵运转的，仅有2%～5%用于制水过程的辅助设备，如电动阀、机修、照明等。就一般水厂而言，自来水成本的40%～70%是电费［1］。因此研究水泵原理，了解水泵的性能，对我们用好水泵，提高运行效率，节能降耗有相当大的作用。以下介绍泸州市南郊水业公司取水泵站已实施的几个技改示例，研究离心泵提高效率的实用型技术。

1 设备情况

南郊水厂取水泵站于1987 年建成，为河床式取水构筑物，两根DN600 钢管伸入长江中心取水，设计取水能力5 万吨/日，配置3套离心式水泵机组，按2用1备模式运行。设备具体型号参数见下表1。

表1 取水泵设备性能参数

1.1 南郊水厂各位置标高情况及性能计算：

南郊水厂段长江源水水位：223.3～247.95米。取水泵站设计常水位：237.49m。南郊水厂取水泵站泵轴标高：224 米。南郊水厂制水组配水槽标高：261.53 米，南郊水厂二泵站泵轴标高：253米；忠山高位水池底标高：291米；大官山加压站水池底标高：306米；干鱼塘加压站水池底标高：348.1米。

经测算，查水泵厂提供的水泵流量曲线3，得取水厂汛期及枯水期理论取水参数为：

Ⅰ汛期：取水高程247.95m，流量1202m3/h

Ⅱ枯水期：取水高程223.3m，流量1120m3/h

2 水泵机组技改

2.1 第一阶段技改：取水泵站洪期和枯期叶轮更换和调整

（1）现象描述：在取水泵站运行中发现，由于长江水位在汛期和枯期的变化很大，高达14.19米（常水位和设计最枯水位之差）。汛期水泵电机能够接近额定电流运行，而枯水期水泵运行时，由于长江水位低，电机运行电流常常只有370～380A，比额定电流399.9 安少20 至30A，电机在远离额定电流的区域运行。从电机运行的效率而言，枯期的效率低。

（2）分析原因：水泵净扬程因长江水位变化而变化，水泵在枯水期运行在水泵高效区以外。经计算长江水位在各水位下水泵吸压水管路的水头损失水头损失并不相等，但相差很小，因此设各∑h＝5m。结合分析取水泵站水泵机组的扬程变化情况，可得出以下数据，具体图见图1。

图1 取水泵站水泵工况点示意图

冬季最枯水位时静扬程Hst1：Hst1＝261.53-223.30+∑h＝38.23+∑h=43.23；

夏季常水位时静扬程（Hst2）：Hst2＝261.53-237.49+∑h＝24.04+∑h=29.04；

设计最高洪水位时静扬程（Hst3）：Hst3＝261.53-247.95+∑h＝13.58+∑h=18.58；

由以上数据看出：Hst1＞Hst2＞Hst3，Hst1－Hst2＝14.19m；

由Hst1、Hst2、Hst3，在性能曲线上查得水泵的流量Q1=220L,Q2=275 L,Q3=308L

枯期和汛期的水量差的百分比达到：（Q2-Q1）/Q1＝25%。

从以上数据知道，枯期长江水位降低，导致水泵的扬程增大，流量减少，电机运行电流降低，未达到额定功率，因此水泵的运行是极端浪费的。

（3）解决方案：通过反复的计算和试验，提出汛期和枯期使用不同直径叶轮，充分发挥电机的效率。由水泵的叶轮相似定律公式可知，Q/Qm=λ3n/nm；λ=D2/D2m＝b2/b2m。

由此公式可以看出：Q＝Qmλ3n/nm，要想增大水泵的出水量，可以增加叶轮的出口宽度或者增大叶轮的直径。在南郊水厂的生产实践中采取汛期D425叶轮，枯期D431叶轮。这样一来，机组的运行电流达到390A 以上，接近汛期机组的运行电流，即使是长江最枯水位的月份，机组的运行电流都未低于390A，取水能力在汛期和枯期均能保证达到1280 m3/h以上。

（4）实施效果：该技改实施后，南郊水业的单位电耗从510度/千吨下降到450 度/千吨左右，每年节约的电费50 多万元。该项目被泸州市总工会评为2007年度“节能减排金点子奖”，得到表彰。

2.2 第二阶段技改：无填料轴封（无盘根）总成的试验和推广

GWZ型无填料轴封相比传统盘根密封优点明显，为多级式机构。工作时单级实现密封，其余处于备用状态，因此摩擦功小，能降低转动部件磨损，延长密封的使用寿命。该轴封密封效果好，能完全实现零泄漏的理想目标，同时还能使泵的效率提高2.6～3.5%，是取代填料轴封、机械密封的理想产品，是水泵轴封上的一个重大进步［2］。

（1）现象描述及分析原因：以往石棉盘根为减少滴漏而压实，阻力很大，做了很多无用功。对于使用无盘根总成替换石棉盘根，其目的在于减少盘根的更换，减轻工人的劳动强度。但在更换过程中发现无盘根总成的阻力很小，盘车很灵活。新安装的汛期叶轮，运行时电机依旧低于预计额定电流较多，为进一步的节能降耗提供了空间。

（2）解决方案及效果：立即组织更大的叶轮，从而使汛期叶轮为D436，枯期叶轮为D431，电机在额定电流范围运行，而出水量明显增大。这时汛期的取水能力，经检测达到1500～1580 m3/h。在电流未增加的情况下，每小时取水量增加300 立方左右。

按此推算，取水泵站每天水泵工作1.5 台.天，相当于在同等用电量下，每天多取水10800立方，每年多取390余万立方的水量，其经济效果是明显的。按南郊水业现有单位电耗水平推算，每年节约电量183万度电，电费115余万元。

2.3 第三阶段技改：定制水泵叶轮

为了发挥水泵的更大取水能力，将2号电机由190KW调整到250KW，同时增大叶轮直径到D450，以期取得更大的出水量。但试运行后，发现出水量不升反降，未达到预期效果。

（1）分析原因：参看水泵使用说明书2，水泵流量偏小和不出水可能的原因包括：注入泵的水不够，进水管漏气；底阀没有全开或淤塞，吸水管阻力太大，吸水高度太高；泵轴旋转方向不对，出水管阻力太大，叶轮淤塞，转速不够；叶轮或进出管阻塞，密封环或叶轮磨损严重，转速低于规定值［3］。

根据以上原因，对比水泵情况：水泵壳体为新更换，不存在磨损；近期对取水泵站进水管进行了反冲洗，不存在淤塞和吸水管阻力大；长江原水位超过水泵顶高，不存在吸水高度太高；水泵出口压力值于1、3号机组相同，均为0.4Mpa，不存在出水管路堵塞现象；电机转速为额定的1450 r/Min，不应存在转速过低问题。

可能存在的问题：进水管是否存在进水量不足；水泵叶轮开口值是否偏低。

（2）解决方案：与水泵生产厂家合作，针对实际工况，特制水泵叶轮，将叶轮直径降到D436，而宽度加宽9mm，吸水口直径加大。通过运行，出水量再次大幅提高，汛期最大取水量，经检测达到1750 m3/h。而此时的电流，距电机额定电流，还有30～40A的距离，说明还有更大空间，有待继续研究和开发。

（3）实施效果：通过技改，在电流增幅很小的情况下，再一次将每小时取水量增加了170 m3/h左右，按此推算，每天多取水量6120 m3/h，每年多取水量223 余万立方，效益还是可观的。按南郊水业现有单位电耗水平推算，每年节约电量105万度电，电费66余万元。

3 结语

通过这一系列的技术改造，南郊水业取水泵水泵流量，从额定的1202 m3/h，已达到1750 m3/h，其取水能力已超过额定取水能力，超过效率45.8%，远远超出水泵生产厂家的想象，在节能降耗方面取得巨大的成功。按三个阶段技改所节能降耗情况推算，这一系列技改每年可为南郊水业节约电费230余万元，其经济效益明显。

回顾泸州市南郊水业公司对取水泵站水泵的研究和技术改造，包括：取水泵站洪期和枯期水泵叶轮更换和调整、无填料轴封（无盘根）总成在水泵上的试验和推广、定制水泵叶轮等的研究，均是在实践中探索所得，有其实用意义。任何技术必有它适合的环境，不是放之四海皆准的办法。但是其思路和方法，可以借鉴。