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摘要：本文以天津塘沽中法供水有限公司新区水厂取水泵站水泵节电改造为例。简述如何以多年大概率运行工况及测试数据为依据；在现有泵站的多重约束条件下，采取优化选型与设计的方法，使得改造工程以较小的投入取得较好的节电成果获得成功。
关键词：大概率工况分析与预测 优化设计选型 节电
一、取水泵站现状及存在问题
1.取水泵现状
2.存在问题
2.1水泵在所有时段里的运行扬程低于20SA-22B型水泵的最低扬程Hmin = 9.5 m。大概率运行工况已经远离水泵高效区，水泵运行效率低于70% ，远低于表1所述额定效率85%。
2.2水泵大概率运行工况处于深度汽蚀状态。
2.3水泵大概率运行工况迫使电动机处于深度调速状态，加剧运行效率下降。
综上所述经讨论认为，有必要对取水泵站实行以节电为目的的改造。
二、改造方案及实施简介
1.改造方案基本要求
1.1水泵高效点必须满足表2中的大概率工况及最大取水量Qh=1750m3/h的要求。
1.2泵机组电能利用率必须满足国家标准GB/T13469-92优良水平。
1.3水泵运行于吸水井最低水位时不发生汽蚀。
1.4工程总投资/年节电金额≤1.5年。
1.5考虑到现状泵站地板140mm 厚的钢筋砼土板下为深达1.7m的空腔结构。因此希望改造后的水泵机组及基础承载力最好作用在地板立面支撑墙上。以免泵站地板受力过载。
2.初选水泵
经过对原有水泵机组的单台、并联运行测试，及对过去2年内逐小时的17520个运行数组进行统计分析后发现，大概率运行工况为开1～2台机组。因此将改造后的运行机组数限于2台。初选水泵时发现，在我们常见的水泵样本中几乎找不到可以满足上述基本原则的泵型。于是，我们与多家水泵制造设计者反复商议，初选出可以同时具备以下技术要求的泵型：
2.1水泵单台定速或调速运行或2台并联运行于表2及基本原则约束条件下时，水泵机组运行电能利用率高于GB/T13469-92优良水平。
2.2调速机组与定速机组并联运行时，调速机组不因降速而降低效率。电能利用率必须达到GB/T13469-92优良水平。
2.3水泵在任何扬程下运行时的轴功率均≤52kW<拖动电机额定功率。
此外，在水泵选型时，为了最大限度利用原有调速装置容量，我们曾选择28SAP-25I型水泵；并经计算分析该泵主要经济技术指标优于20SAP-28J型水泵。但最终在校核泵站140mm 厚的钢筋砼土中空地板承载力时发现，该机组在运行时所产生的力矩已经超过中空地板承载力，因此即使经济技术指标再好也只能放弃。
3.初选水泵运行分析
4.方案实施要点
4.1按集体讨论审核后的方案，根据现场条件设计施工图。
4.2在施工图设计时发现，为了保持改造后的水泵吸入管道中心标高不变，结果导致改造后的水泵机组砼土基础比方案设计阶段所确定的机组砼土基础更高大。经过对现有结构承载力的校核计算发现，厚度仅为140mm厚的泵站中空地板难以承受水泵机组运行转动惯量力矩所形成的扭矩。为此，我们采取型钢框架结构将大部份转动力矩与重力传导到泵站土建钢混立墙及下层底板上。
4.3为了确保所购置的水泵技术参数可以满足方案基本要求。在水泵购置时我们将水泵流量与扬程、轴功率、效率、汽蚀余量的关系数值，完全按照与水泵制造设计者商议确定的参数写入技术合同。
4.4在水泵验收试验时，坚持水泵在设计转速下试验；以免因降速试验掩盖汽蚀余量与机械隐患。
4.5改造工程竣工后由技术人员逐台测试水泵机组各项运行指标并与设计参数进行对比。结果表明长沙水泵厂制造的20SAP-28J型水泵符合设计要求，特别是在扬程H< 7m 的流量、效率参数仍优于设计指标。
4.6经1年运行参数表明改造成功后，于第2年陆续再改2套。
4.7为了得到最低的运行电单耗，值班人员灵活变更调速泵与定速泵运行时间与参数。
4.8泵站正常运行1～2台机组，备用3～2台机组。
5.节电效果
按照中法水务投资有限公司惯例，我们对改造工程的各项运行指标进行多年跟踪统计与测试。自改造工程完工到现在的4年多时间里，合作公司逐小时连续统计、监测水泵机组在运行中的水位、压力、流量、电量、温升、噪音、振动等指标 。随着时间的推移，如今的泵站取水量也由当年的45 k.m3/d逐步增长到69k.m3/d 。在历年的运行中，以泵站逐小时、逐日、逐月电能表，流量计读数等为依据，统计4年中累计节约电费34.8万元。如果将随着取水量增涨而提高的水泵运行扬程因素计算在内，则实际节约电费将高于34.8万。
关键词：大概率工况分析与预测 优化设计选型 节电
一、取水泵站现状及存在问题
1.取水泵现状
2.存在问题
2.1水泵在所有时段里的运行扬程低于20SA-22B型水泵的最低扬程Hmin = 9.5 m。大概率运行工况已经远离水泵高效区，水泵运行效率低于70% ，远低于表1所述额定效率85%。
2.2水泵大概率运行工况处于深度汽蚀状态。
2.3水泵大概率运行工况迫使电动机处于深度调速状态，加剧运行效率下降。
综上所述经讨论认为，有必要对取水泵站实行以节电为目的的改造。
二、改造方案及实施简介
1.改造方案基本要求
1.1水泵高效点必须满足表2中的大概率工况及最大取水量Qh=1750m3/h的要求。
1.2泵机组电能利用率必须满足国家标准GB/T13469-92优良水平。
1.3水泵运行于吸水井最低水位时不发生汽蚀。
1.4工程总投资/年节电金额≤1.5年。
1.5考虑到现状泵站地板140mm 厚的钢筋砼土板下为深达1.7m的空腔结构。因此希望改造后的水泵机组及基础承载力最好作用在地板立面支撑墙上。以免泵站地板受力过载。
2.初选水泵
经过对原有水泵机组的单台、并联运行测试，及对过去2年内逐小时的17520个运行数组进行统计分析后发现，大概率运行工况为开1～2台机组。因此将改造后的运行机组数限于2台。初选水泵时发现，在我们常见的水泵样本中几乎找不到可以满足上述基本原则的泵型。于是，我们与多家水泵制造设计者反复商议，初选出可以同时具备以下技术要求的泵型：
2.1水泵单台定速或调速运行或2台并联运行于表2及基本原则约束条件下时，水泵机组运行电能利用率高于GB/T13469-92优良水平。
2.2调速机组与定速机组并联运行时，调速机组不因降速而降低效率。电能利用率必须达到GB/T13469-92优良水平。
2.3水泵在任何扬程下运行时的轴功率均≤52kW<拖动电机额定功率。
此外，在水泵选型时，为了最大限度利用原有调速装置容量，我们曾选择28SAP-25I型水泵；并经计算分析该泵主要经济技术指标优于20SAP-28J型水泵。但最终在校核泵站140mm 厚的钢筋砼土中空地板承载力时发现，该机组在运行时所产生的力矩已经超过中空地板承载力，因此即使经济技术指标再好也只能放弃。
3.初选水泵运行分析
4.方案实施要点
4.1按集体讨论审核后的方案，根据现场条件设计施工图。
4.2在施工图设计时发现，为了保持改造后的水泵吸入管道中心标高不变，结果导致改造后的水泵机组砼土基础比方案设计阶段所确定的机组砼土基础更高大。经过对现有结构承载力的校核计算发现，厚度仅为140mm厚的泵站中空地板难以承受水泵机组运行转动惯量力矩所形成的扭矩。为此，我们采取型钢框架结构将大部份转动力矩与重力传导到泵站土建钢混立墙及下层底板上。
4.3为了确保所购置的水泵技术参数可以满足方案基本要求。在水泵购置时我们将水泵流量与扬程、轴功率、效率、汽蚀余量的关系数值，完全按照与水泵制造设计者商议确定的参数写入技术合同。
4.4在水泵验收试验时，坚持水泵在设计转速下试验；以免因降速试验掩盖汽蚀余量与机械隐患。
4.5改造工程竣工后由技术人员逐台测试水泵机组各项运行指标并与设计参数进行对比。结果表明长沙水泵厂制造的20SAP-28J型水泵符合设计要求，特别是在扬程H< 7m 的流量、效率参数仍优于设计指标。
4.6经1年运行参数表明改造成功后，于第2年陆续再改2套。
4.7为了得到最低的运行电单耗，值班人员灵活变更调速泵与定速泵运行时间与参数。
4.8泵站正常运行1～2台机组，备用3～2台机组。
5.节电效果
按照中法水务投资有限公司惯例，我们对改造工程的各项运行指标进行多年跟踪统计与测试。自改造工程完工到现在的4年多时间里，合作公司逐小时连续统计、监测水泵机组在运行中的水位、压力、流量、电量、温升、噪音、振动等指标 。随着时间的推移，如今的泵站取水量也由当年的45 k.m3/d逐步增长到69k.m3/d 。在历年的运行中，以泵站逐小时、逐日、逐月电能表，流量计读数等为依据，统计4年中累计节约电费34.8万元。如果将随着取水量增涨而提高的水泵运行扬程因素计算在内，则实际节约电费将高于34.8万。