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摘要：中型泵站每年提水量大、扬程高、能耗大，主机组的选型和效率极大地影响着运行成本，实际生产中的水泵运行偏离最佳工况点，导致水泵不在高效区间运行，造成了电能的大量浪费;灰口铸铁材质的叶轮和双吸环由于机械性能不佳，造成容易气蚀磨损、寿命短、效率低、维修工作量大等缺点。为此根据运行条件的变化，分析了电能浪费的原因，提出了采用水泵选型优化、改变叶轮和双吸环材质并对其进行特殊合金喷涂等办法解决电能损耗、维修成本大等问题，从而提高了效率、降低能耗、延长水泵使用寿命，节约了运行成本。
关键词：泵站节能;机组选型;水泵改造
分类号：TP2
一、工程概述
三门峡市槐扒黄河提水工程是河南省重点建设项目，提水工程总规模从黄河提水流量7m3/s，其中一期工程提水流量3m3/s， 二期工程提水流量4m3/s，分四级提水，提水总扬程359m，输水干线总长31.17km，渠系建筑物39座，其中泵站4座、主机组21台、沉砂池3座、隧洞7条，渡槽7座，倒虹8座，架空管7座及分水闸、增压站、分水口等。输水干线明渠8段共长2180m，预应力钢筋混凝土压力管道长17.5km，另建中型调节水库一座。黄河水在含沙量大于50kg/m3时，或黄河水位低于设计最低取水位246m的情况下，渠首泵站无法提水，由水库调节供水，水库设增压站一座，装机四台。随着小浪底水库的运行，渠首一级泵站黄河水位不断抬高，一级泵站抽取黄河水，经辐流式沉砂池沉沙至水含沙量小于3kg/m3时送入二级站。
二、问题的提出
1水位变化影响节能
槐扒工程渠首一至四级泵站泵站共有机组21台，总装机容量21000kw。一级站装机6台，扬程70m，单机流量0.8～1m3/s，二、三、四级泵站分别装机4台，扬程100米，单机流量为1m3/s。一级泵站抽取黄河水，上距三门峡大坝23km，下距小浪底大坝108km，处于小浪底水库的回水末端。小浪底水库自2010年运行方式发生变化，非汛期水位维持在260～270之间左右，比最低水位246高出14～24米。黄河正常水位较以前升高10多米，已偏离了原水泵运行的工况点，造成原有水泵运行效率降低。
2机组选型影响节能
增压站共四台500s35水泵，扬程35m、流量2016m?/h，轴功率218kw、转速970转/分，配套电机型号为Y2355L，额定功率250kw 、转速990转/分、效率94﹪、额定电压 380v、额定电流455A，功率因数0.88、绝缘 F级。运行中，电机功率达到260kw以上，出水流量达到2100 m?/h，电机处于过负荷状态，电机温升较高，8小时后甚至温度可达到110℃以上，处于耗能较高状况，电机绝缘老化快，数次出现电机烧毁事故。为了降低电机功率，水泵出厂时已经过一次切削，在使用过程中又经三次叶轮切削，电机运行功率有些降低，但是任然不能解决电机过热问题，并使水泵效率进一步降低。
三、節能改造
1一级泵站水泵改造
针对一级泵站水位变化大特点，可以采取安装高压变频器和优化水泵选型两种办法节能。高压变频设备造价昂贵，一级泵站6台水泵，6台设备造价在180至240万元 ，因此采用了优化水泵选型办法。三台水泵更换为流量1 m?/s，扬程60m，转速970r/min，轴功率664kw，扬程比原水泵减少10m，滑动轴承变为滚动轴承，填料密封变为机械密封。经测试，选择合适工况水泵后，效率比原工况水泵提升效率8.9%。
2二、三、四级站水泵节能改造
水泵参数不变，每站更换2台水泵叶轮为钢板叶轮、并对叶轮和口环进行ni60合金喷涂。经测试对比，钢板焊接叶轮使用寿命较长，抗汽蚀耐磨蚀性好、效率提高2.2%、使用寿命能延长至10000小时左右、叶片汽蚀磨蚀破坏后可修复再生使用。
3增压站水泵机组改造
针对增压站水泵运行偏离工况点，电机处于过负荷状态，且电机温升较高，能耗较大情况。更换水泵型号为SC2000-60，额定流量2000m?/h、扬程30m、转速 970转/分、效率85﹪，叶轮为铸造不锈钢材质，滑动轴承变为滚动轴承，填料密封变为机械密封。电机更换为高效电机，型号为YE3-355L-6，额定功率250kw、额定电流456A、额定电压 380v、990转/分、效率95.8﹪、功率因数0.87、绝缘 F级。经测试，水泵流量为2050 m?/h，电机运行功率为220kw，夏天连续运行最高温度不超过80℃，解决了电机过负荷温度过高问题，经测试机组效率提高11%。
四、节能分析
1不同材质水泵部件性能对比
A3钢板和铸铁材料相比，具有良好抗汽蚀耐磨蚀性、良好的机械加工性能，工艺简单便于操作，生产成本较为便宜。A3钢板材料属于轧制态，金相组织细密，冲击韧性好，耐疲劳，并且这种材料的可焊性和机加工性能良好，是制造黄河含砂水质工况下双吸离心泵叶轮的较为理想材料。对叶轮和口环进行ni60合金喷涂，可大大增加其使用寿命。如果灰口铸铁叶轮使用寿命按5000小时计算，球墨铸铁叶轮使用寿命按8000小时计算，钢板焊接叶轮使用寿命按20000小时计算，钢板焊接叶轮的使用寿命是 灰口铸铁叶轮的4倍，是球墨铸铁叶轮的2.5倍。而钢板焊接叶轮的造价仅为灰口铸铁叶轮造价的1.4-1.5倍，是球墨铸铁叶轮造价的1.3-1.4倍，钢板焊接叶轮的修复成本是其造价的1/10左右。由此可知，钢板焊接叶轮性能优于球磨铸铁叶轮和灰口铸铁。
2水泵结构节能对比
水泵同为填料密封和滑动轴承结构下，钢板叶轮水泵比灰口铸铁叶轮水泵能节能在2.2%左右;机械密封、滚动轴承、不锈钢铸造叶轮结构的水泵比填料密封、滑动轴承、灰口铸铁叶轮结构水泵节能3.4%左右。
3不同工况水泵节能对比
根据水泵实际扬程的变化，在扬程减少较大情况下，切削叶轮只能降低水泵效率。在不改变水泵安装尺寸情况下，改变水泵参数，适合变化后的工况点，节能效果明显。
4高效电机与普通电机节能对比
目前泵站在用的低压电机效率普遍不超过90%，更换为YE3系列高效节能电机后，效率可达到95%。通过高效节能电机改造后，电机效率提高5%左右。
五、总结
中型泵站流量大、扬程高，电费占提水成本比例较大，根据扬程变化调整水泵参数，使水泵运行靠近工况点，提高效率，节能效果明显;通过叶轮和口环材质改造，增加使用寿命，同时也可以提高效率;更换普通电机为高效电机提高效率，降低能耗。
参考文献：
[1]张雷 . 浅谈泵站工程节能设计与优化运行 [J]. 中小企业管理与科 技 ，2012（01）.
[2]张杰 . 浅析泵站工程机电设计中的节能措施 [J]. 科技致富向 导 ，2013（18）.
（河南省三门峡市水资源管理处，河南三门峡 472000）
关键词：泵站节能;机组选型;水泵改造
分类号：TP2
一、工程概述
三门峡市槐扒黄河提水工程是河南省重点建设项目，提水工程总规模从黄河提水流量7m3/s，其中一期工程提水流量3m3/s， 二期工程提水流量4m3/s，分四级提水，提水总扬程359m，输水干线总长31.17km，渠系建筑物39座，其中泵站4座、主机组21台、沉砂池3座、隧洞7条，渡槽7座，倒虹8座，架空管7座及分水闸、增压站、分水口等。输水干线明渠8段共长2180m，预应力钢筋混凝土压力管道长17.5km，另建中型调节水库一座。黄河水在含沙量大于50kg/m3时，或黄河水位低于设计最低取水位246m的情况下，渠首泵站无法提水，由水库调节供水，水库设增压站一座，装机四台。随着小浪底水库的运行，渠首一级泵站黄河水位不断抬高，一级泵站抽取黄河水，经辐流式沉砂池沉沙至水含沙量小于3kg/m3时送入二级站。
二、问题的提出
1水位变化影响节能
槐扒工程渠首一至四级泵站泵站共有机组21台，总装机容量21000kw。一级站装机6台，扬程70m，单机流量0.8～1m3/s，二、三、四级泵站分别装机4台，扬程100米，单机流量为1m3/s。一级泵站抽取黄河水，上距三门峡大坝23km，下距小浪底大坝108km，处于小浪底水库的回水末端。小浪底水库自2010年运行方式发生变化，非汛期水位维持在260～270之间左右，比最低水位246高出14～24米。黄河正常水位较以前升高10多米，已偏离了原水泵运行的工况点，造成原有水泵运行效率降低。
2机组选型影响节能
增压站共四台500s35水泵，扬程35m、流量2016m?/h，轴功率218kw、转速970转/分，配套电机型号为Y2355L，额定功率250kw 、转速990转/分、效率94﹪、额定电压 380v、额定电流455A，功率因数0.88、绝缘 F级。运行中，电机功率达到260kw以上，出水流量达到2100 m?/h，电机处于过负荷状态，电机温升较高，8小时后甚至温度可达到110℃以上，处于耗能较高状况，电机绝缘老化快，数次出现电机烧毁事故。为了降低电机功率，水泵出厂时已经过一次切削，在使用过程中又经三次叶轮切削，电机运行功率有些降低，但是任然不能解决电机过热问题，并使水泵效率进一步降低。
三、節能改造
1一级泵站水泵改造
针对一级泵站水位变化大特点，可以采取安装高压变频器和优化水泵选型两种办法节能。高压变频设备造价昂贵，一级泵站6台水泵，6台设备造价在180至240万元 ，因此采用了优化水泵选型办法。三台水泵更换为流量1 m?/s，扬程60m，转速970r/min，轴功率664kw，扬程比原水泵减少10m，滑动轴承变为滚动轴承，填料密封变为机械密封。经测试，选择合适工况水泵后，效率比原工况水泵提升效率8.9%。
2二、三、四级站水泵节能改造
水泵参数不变，每站更换2台水泵叶轮为钢板叶轮、并对叶轮和口环进行ni60合金喷涂。经测试对比，钢板焊接叶轮使用寿命较长，抗汽蚀耐磨蚀性好、效率提高2.2%、使用寿命能延长至10000小时左右、叶片汽蚀磨蚀破坏后可修复再生使用。
3增压站水泵机组改造
针对增压站水泵运行偏离工况点，电机处于过负荷状态，且电机温升较高，能耗较大情况。更换水泵型号为SC2000-60，额定流量2000m?/h、扬程30m、转速 970转/分、效率85﹪，叶轮为铸造不锈钢材质，滑动轴承变为滚动轴承，填料密封变为机械密封。电机更换为高效电机，型号为YE3-355L-6，额定功率250kw、额定电流456A、额定电压 380v、990转/分、效率95.8﹪、功率因数0.87、绝缘 F级。经测试，水泵流量为2050 m?/h，电机运行功率为220kw，夏天连续运行最高温度不超过80℃，解决了电机过负荷温度过高问题，经测试机组效率提高11%。
四、节能分析
1不同材质水泵部件性能对比
A3钢板和铸铁材料相比，具有良好抗汽蚀耐磨蚀性、良好的机械加工性能，工艺简单便于操作，生产成本较为便宜。A3钢板材料属于轧制态，金相组织细密，冲击韧性好，耐疲劳，并且这种材料的可焊性和机加工性能良好，是制造黄河含砂水质工况下双吸离心泵叶轮的较为理想材料。对叶轮和口环进行ni60合金喷涂，可大大增加其使用寿命。如果灰口铸铁叶轮使用寿命按5000小时计算，球墨铸铁叶轮使用寿命按8000小时计算，钢板焊接叶轮使用寿命按20000小时计算，钢板焊接叶轮的使用寿命是 灰口铸铁叶轮的4倍，是球墨铸铁叶轮的2.5倍。而钢板焊接叶轮的造价仅为灰口铸铁叶轮造价的1.4-1.5倍，是球墨铸铁叶轮造价的1.3-1.4倍，钢板焊接叶轮的修复成本是其造价的1/10左右。由此可知，钢板焊接叶轮性能优于球磨铸铁叶轮和灰口铸铁。
2水泵结构节能对比
水泵同为填料密封和滑动轴承结构下，钢板叶轮水泵比灰口铸铁叶轮水泵能节能在2.2%左右;机械密封、滚动轴承、不锈钢铸造叶轮结构的水泵比填料密封、滑动轴承、灰口铸铁叶轮结构水泵节能3.4%左右。
3不同工况水泵节能对比
根据水泵实际扬程的变化，在扬程减少较大情况下，切削叶轮只能降低水泵效率。在不改变水泵安装尺寸情况下，改变水泵参数，适合变化后的工况点，节能效果明显。
4高效电机与普通电机节能对比
目前泵站在用的低压电机效率普遍不超过90%，更换为YE3系列高效节能电机后，效率可达到95%。通过高效节能电机改造后，电机效率提高5%左右。
五、总结
中型泵站流量大、扬程高，电费占提水成本比例较大，根据扬程变化调整水泵参数，使水泵运行靠近工况点，提高效率，节能效果明显;通过叶轮和口环材质改造，增加使用寿命，同时也可以提高效率;更换普通电机为高效电机提高效率，降低能耗。
参考文献：
[1]张雷 . 浅谈泵站工程节能设计与优化运行 [J]. 中小企业管理与科 技 ，2012（01）.
[2]张杰 . 浅析泵站工程机电设计中的节能措施 [J]. 科技致富向 导 ，2013（18）.
（河南省三门峡市水资源管理处，河南三门峡 472000）