江都一站新型节能泵设计指标及节能措施

胡 曦，邱晓侨，江如春

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200）

1 概述

泵站的修建能够提高城市输送水效率，同时对农业和城市水资源的高效利用起重要作用［1-3］。然而，当水体被杂质污染时，即使其含量不超过最大允许浓度标准和其他监管指标，也可能会引起泵站超负荷高温运转，导致泵站的功耗和损伤不断加大，因此研究泵的节能方式和措施具有重要意义［4-5］。

何树桐等［6］采取对泵体结构重新设计定型，喷涂光滑的新型耐磨涂层，使用机械密封，优化密封环的结构与型式等措施，显著提高泵的运行效率；王娇等［7］就钢铁厂漩流井水循环泵的耗能状况进行节能探索，提出一种切实有效的节能改造新思路；朱伟等［8］结合工作实践，研究了一种高效循环水泵站；王亚美［9］针对循环水系统供水泵电耗高，经过数据采集、分析计算,“量身定做”系统优化方案，通过更换适宜的节能水泵,实现供水电耗大幅下降；丁林玲等［10］以浊环水系统精轧供水泵为例，将高效节能水泵技术应用在该系统的节能改造中；张清慧［11］论述了循环水泵站节能改造的措施与效果；李营［12］基于现有设备工作条件的原始设计和参数采集，结合系统的最优运行原理，确定产生能耗高的原因，进而找出系统的最高效运行条件；成华峰［13］针对山西焦化股份公司循环水系统耗电高的情况，对焦化厂一、二、三循环水系统能耗进行分析，并选取其中的4台泵进行了高效节能泵改造；李晓平等［14］采用将旧泵全部用高效节能泵更换后，大大提高了系统的运行效率，降低供水电耗，实现了节能降耗的目的；黄俊等［15］通过对某泵站水系统实际运行的工况参数进行分析、研究，结合该系统管路流体力学特性，并按照系统最佳运行工况参数，定制高效节能泵及高效稳流装置。

本文通过文献研究，考虑到设计节能泵的主要困难是构建适当的数学模型，而水质的变化对泵站的能耗有显著影响，因此提出一种环境影响指标，考虑水的悬浮颗粒浓度、化学性质和密度等因素，为节能泵设计提供参考。

2 工程概况

江都一站位于江都区引江桥南，是江都水利枢纽的重要组成部分。江都一站于1961年12月开工兴建，1963年3月竣工。1994年11月进行加固改造，对所有机电设备进行更新，于1997年3月通过竣工验收。2020年完成了低压动力柜改造、微机机电保护更新、励磁改造等项目。项目设计将主厂房QD30/5-12A5S双梁桥式起重机全车传动系统改造为变频调速系统，主要对主副钩、大小车的起升运行系统加装变频改造总电源滑线，更换减速机、电机、制动器、半齿联轴器维护清洗注油，全车电缆更换。

3 节能泵设计指标

节能泵系统设计通常需要考虑技术和经济因素，并明确环境因素来证明其节能效果（通过进入空气和水中的有害排放物确定）。节能泵能够降低发生压力冲击的可能性，防止管道的破坏，其设计过程中一个重要方向是增加控制泵的单位容量。设计节能泵的主要困难是构建适当的数学模型，因为水质的变化对泵站的能耗有显著影响，本文的节能泵设计则重点考虑环境因素变化。一般来说，泵站送水的质量可由一组参数表征，这些参数包括悬浮颗粒浓度、化学性质、密度、温度等，对抽水水质进行评估的各项指标见表1。

表1 水质量特性条件评估

本次设计主要考虑指标为浊度流与饱和翼绕流，计算要素包括悬浮泥沙流量、水流量、漂浮物总量、径流量，因此当进行泵站设计时，将以上评价环境指标纳入泵设计会大大增加泵站的运行周期，降低其能耗。

4 泵站节能措施

4.1 修整或更换叶轮

如果泵尺寸过大，采用节流以提高能效，降低产生压力和流量相对经济有效的方法是修整或更换叶轮，以减小其直径，将其限制在泵最大叶轮直径的75%左右。随着叶轮的修正，其与泵壳之间的间隙变得更大，形成更大的流量再循环，降低了泵效率。通过修整叶轮，其最高转速降低，从而减少传递给泵送流体的能量，从而导致泵的流速和压力降低。

4.2 使用变速驱动器

变速驱动器允许泵在其附近以任何水头或流量通过电机，并可变速运行，以实现各种流量需求。使用变速驱动器的一个主要原因是通过减少不必要的能耗来提高能效，变速驱动器会减慢泵上的电机速度。使用变速驱动器来提高能效的第二个主要原因是可以节省能源，通常可以节省30%以上的能源，当与灌溉泵一起使用时，功耗减少可以高达75%，当安装在用于乳制品应用的真空泵上时，可以节省40%到63%的能源。

4.3 并联泵系统

对于有多个不同负载要求的泵系统，可以使用并联泵以提供需要输送的流量。与单个泵相比，安装多个泵为系统提供了更大的操作灵活性，效率更高，如果其中一个泵发生故障，系统还可以继续工作，且维护要求较低。常见配置是安装小泵满足低流速运行，安装大泵以应对最大设计流量，实现这些优势的关键是正确选择泵型。

4.4 管道优化

在系统的设计阶段就应尽量避免管道急弯和突然变化，应使用低损耗阀门和配件，管道选择应平衡管道的初始成本和泵送流体通过管道的成本，如大型管道价格昂贵，但泵送成本较低，摩擦损失较小。通过优化管道，摩擦压降将受到限制，克服此类损失所需的能量减少，因此可提高能效。

4.5 泵的磨损和维护

大多数磨损发生在运行的前几年，并会导致水泵在泵曲线上向左移动。虽然磨损不可避免，但进行日常维护将有助于减少磨损造成的效率损失，并减缓磨损过程。适当的维护和保养包括更换磨损叶轮、轴承检查维修、轴承润滑和机械密封等。除了维护水泵，清洁和维护管道也可提高系统的能效。

5 结语

考虑到设计节能泵的主要困难是构建适当的数学模型，而水质的变化对泵站的能耗有显著影响，因此本文提出了一种环境影响指标，结合水的悬浮颗粒浓度、化学性质和密度等因素，提出了数学模型构建思路，为节能泵设计提供参考。研究结果表明，水质变化对泵站的能耗有显著影响，泵送水的质量可由相关参数表征，这些参数包括悬浮颗粒浓度、化学性质、密度和温度等，其形成多维向量，将以上环境评价指标纳入泵设计指标可增加泵站的运行周期，有效降低其能耗。