已建引黄泵站水泵运行效率提高途径研究

李雪转 吴争兵

摘要：为了提高已建引黄取水泵站的水泵运行效率，对泵站进行科学管理，通过收集夹马口引黄取水一级泵站运行资料和多年的运行经验，分析了灌溉水含沙量时夹马口引黄泵站水泵效率、出水流量、能源单耗、水泵部件磨损的影响。从提高水泵过流部件光洁度、减少过泵的含沙量、及时检（维）修设备、严格运行管理、优化调度等方面，提出了提高水泵运行效率的途径。

关键词：水泵运行效率；能源单耗；途径；已建引黄泵站

中图分类号：TV675 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.026

山西省夹马口引黄工程一级取水泵站受地形条件限制，工程设计时未考虑泥沙处理和沉沙方案，加上取水河段为黄河小北干流的中段，河床淤积严重、河势不稳，黄河水流的含沙量较高，泵站运行时常有大量的泥沙淤积在前池内，直接影响水泵、管路及泵站装置效率。

笔者在该引黄泵站多年运行资料的基础上，利用科学方法，分析影响水泵运行效率的主要因素，提出提高已建引黄泵站水泵运行效率的途径与对策。

1 含沙量对水泵运行效率的影响

1.1 进水池淤积泥沙对水泵效率的影响

进水池内的泥沙淤积是影响水泵运行效率的一个主要因素，夹马口一级引黄取水泵站的进水池为开敞式，直接与水源工程的引水渠道相连接，在泵站运行期间，在进水池容易形成一定壅水，导致渠道流速减缓、泥沙沉积，并且越积越厚。

在泵站运行过程中，泵站流量是根据灌区作物种植结构和农田作物需水量的多少来确定的，泵站运行时常常只有部分水泵运行。在经常运行几台水泵的进口处容易形成相应的漏斗状进水池，而在不经常运行的水泵进口处会逐渐被泥沙淤积堵塞。中间几台水泵运行时能够保持正向进水，而两边的水泵因泥沙淤积而自然地形成了侧向进水。泥沙淤积不仅减小了进水池的容量，而且改变了部分水泵的进水条件。处于进水池两侧的水泵机组，在泥沙淤积影响下水泵进水条件受到限制，致使水泵叶轮两侧进水不平衡，一边发生严重的汽蚀、磨蚀，另一边相对较好，使水泵的运行常处于不平稳状态，影响水泵的运行效率。在灌溉结束后，在进水池中又会淤积大量的泥沙，在下一次泵站运行时，进水池淤积的泥沙又极易进入抽水泵体，磨损水泵部件，大幅度降低水泵运行效率。

1.2 泥沙含量对水泵出水流量的影响

夹马口引黄一级取水泵站共有12台机组，水泵是单级双吸卧式离心泵，从北到南按一字形排列布置，由3种型号组成，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#水泵布置在厂房的中间位置，受進水池淤积泥沙的影响较小、每年运行的总时间最多，一般能保证其水流是正向进水。在分析夹马口一级取水泵站2013-2015年（480d）实际运行资料的基础上，选取2014年春季5#水泵（额定流量Q额=2.5m3/s，额定扬程H额=75.0m）部分运行资料（见表1），分析泥沙含量对水泵运行效率的影响。

根据表1中的数据分析，5#水泵出水流量Q单机与灌溉水含沙量W沙的关系见图1。建立的单机出水流量与含沙量（W沙<6kg/m3）的关系式为

Q单机=2.354-0.088W沙（相关系数为0.7249）

由图1可以看出：灌溉水含沙量高时，单机出水流量较小；含沙量低时，单机出水流量较大。可见，灌溉水含沙量对水泵单机出水流量影响较大，二者具有明显的负相关关系，因此导致水泵的运行效率降低。水泵平均单机组能源单耗e与灌溉水含沙量之间的关系见图2，拟合的关系式为

e=0.243+0.009W沙（相关系数为0.7342）

由图2可以看出，灌溉水中的含沙量越低，单方水耗电量越小；含沙量越高，单方水耗电量越大。说明在净扬程一定的情况下，单方水耗电量随着含沙量的提高而增大，即含沙量越高，水泵运行耗能越大，相应地水泵运行效率越低，泵站的装置效率越低。王建国[2]研究表明，含沙量越高，泵站装置效率越低。

1.3 泥沙含量对水泵能源单耗的影响

能源单耗是反映泵站机泵配套、设备效率和机组运行工况等情况的一项综合性技术经济指标[1]。本文能源单耗是指在净扬程一定的条件下，将1m3水提高到指定扬程所需要消耗的电量，即单方水耗电量。根据夹马口一级取水泵站运行资料（见表1）统计分析，在不同工况运行条件下，夹马口一级取水泵站5#

1.4 泥沙含量对水泵部件磨损的影响

据有关分析测定，在潼关—三门峡区段黄河泥沙中矿物成分石英、长石含量占95%，因此夹马口引黄泵站引取的黄河水中沙粒硬度大、棱角多。由于农业灌溉用泵的过流部件大都为铸铁铸造，抗泥沙磨蚀的能力较差，因此水泵叶轮等过流部件磨蚀严重。

水流含沙量高、硬度大，叶轮磨损得快，在运行过程中不可能按照要求随时更换，导致水泵转动部件间隙加大，形成恶性循环，最终导致水泵提前报废。随着泵站运行时间的延长，泥沙作用使得水泵过流部件表面的磨蚀、汽蚀等更加严重，这样不仅改变了水泵流道水力形态，降低其表面精度，而且水泵密封环间隙变大，水泵的出水量减小，导致水泵运行效率下降。

2 提高水泵运行效率的途径

引黄泵站水泵运行效率主要受含沙量和运行管理的影响，结合夹马口引黄取水泵站多年的运行经验，要提高引黄泵站水泵运行效率主要有以下途径。

2.1 提高水泵过流部件光洁度

引黄取水泵站水泵运行效率取决于水泵结构、制造水平、运行工况和使用条件等。首先，水泵选型应满足其流量、扬程等要求，确保水泵在高效区运行；其次，在已建泵站的水泵运行过程中，要确保过流部件表面光洁，如果叶轮表面粗糙，水泵效率就会明显下降。对于已建引黄泵站，要对已磨损的叶轮及时进行喷镀或涂敷修补，提高其过流部件的光洁度。例如夹马口引黄泵站及时对叶轮磨蚀处喷涂Ni60（自熔合金粉末），水泵运行效率大大提高。

2.2 减少过泵水流的泥沙含量

泥沙含量是影响水泵运行效率的主要因素，为了减少过泵水流的泥沙含量，可采取以下措施。

（1）引取水过程沉沙。对于水源水位变幅大、底沙多的河段，一方面可采用缆车或浮船、浮泵引取表层水，减少取水中的泥沙；另一方面，可利用长距离的引水渠道作为沉沙池，一边引水输送，一边进行沉沙，减少引取水中的泥沙。例如夹马口引黄工程就是采用这两种方法减少水体中的泥沙的。利用浮体泵站始终引取黄河的表层清水，然后通过8km的引水渠道输送到取水泵站的进水池，在输送过程中进行沉沙，引到进水池中水的含沙量大大降低。

（2）保持进水池流态平稳。为减少进水池泥沙淤积，应选择合适的取水口、进水池形状和尺寸，使进入水泵的水流流态稳定，保证水泵高效运行。取水口宜设在河流凹岸中点偏下游较远的直段处，进水闸宜采取与水流岸边齐平或稍向外突出的布置方式。进水池应该紧靠闸门，并且设置隔墙，采取单机、单池、单水闸进行控制，减少进水池中的泥沙淤积。对已经建成的泵站，如果进水池流态不稳，可在进水管周围加装导流隔板，使水流畅通，流态均匀，进入水泵的泥沙减少。

（3）及时清理进水池淤积泥沙。对于泥沙淤积严重的进水池，在泵站运行前，采用人工或机械进行清淤，清除上一次泵站运行时淤积在进水池中的泥沙，尽量使过泵泥沙的含量不超过5%。这样不仅可以减少进水池中的泥沙，而且可以增大进水池的容量，使进入水泵的水流平稳，保证运行水泵正向进水。

2.3 及时进行设备检（维）修

及时进行检（维）修是水泵高效运行的保障。引起水泵效率下降的因素主要有机械損失、容积损失和水力损失等。水泵机械损失与填料密封装置摩擦损失、叶轮前盖板表面与液体之间的圆盘摩擦损失、轴承的摩擦损失等有关。水力损失与水流通过水泵时水力摩擦损失和水力冲击、脱流、速度变化等引起的损失有关。引黄泵站引起水泵效率下降的主要原因是容积损失，检修中应控制口环间隙值，在确保不卡阻的前提下，口环间隙应较小。如夹马口一级取水泵站3种泵型口环间隙控制在0.8mm以下。

2.4 严格执行运行管理规程

严格执行运行管理规程，做好水泵机组运行前的排气，填料密封装置的调整，运行中流量、效率的监测等。做好出水阀门的关闭位置检查，确保阀门关闭到位，无回水现象。保持进水池高水位运行，降低水泵实际工作扬程，增加水泵吸水管的淹没深度，改善水泵吸水条件和进水流态，能够使泵站运行处于最佳状态。另外，应及时清理拦污栅，保持水流通畅。

2.5 优化水泵机组运行模式

适时掌握黄河水含沙量的变化情况，确保水泵在允许含沙量条件下运行。根据《泵站技术管理规程》（SL255-2000），含沙量>8%时，会造成水泵流量减小、效率降低，并加剧水泵过流部件的磨蚀。因此，水泵应尽可能避开高含沙量条件运行。对于已建的引黄泵站，在水泵允许含沙量条件下，张玉胜等[3]根据多年实际运行资料，通过数值模拟多台水泵在不同条件下的运行工况，确定不同出水流量时最优运行工况，提出优化运行模式，提高泵站装置效率，对于同一泵站、同一型号的水泵因运行时间不同、过流零部件汽蚀磨蚀损坏程度不同导致的效率不同，应优先运行效率较高的水泵。

参考文献：

[1]许俊侠.抽水泵站能源单耗偏高的原因及改进措施[J].陕西水利，2008（3）：59.

[2]王建国.夹马口灌区泥沙问题及处理措施[J].山西水利科技，2004（1）：34-35.

[3]张玉胜，吴建华，李雪转，等.夹马口取水泵站节能运行优化设计[J].人民黄河，2016，38（7）：142-144.