小型排灌泵站更新改造節(jié)能設(shè)計

劉瑞梅，王迺杰，劉景富

（1.天津市水利勘測設(shè)計院，天津 300204；2.天津市海河管理處，天津 300131；3.天津市三電汽車空調(diào)有限公司，天津 300385）

小型排灌泵站是農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在農(nóng)田排澇、灌溉、防洪、生態(tài)環(huán)境改善等方面發(fā)揮著不可替代的重要作用，是保家園、保生產(chǎn)的重要設(shè)施。天津市現(xiàn)有農(nóng)村國有小型排灌泵站272座，多建于60～70年代，經(jīng)多年運行，存在不同程度的老化、損壞、高耗能、低效率等問題。2007年開始著手逐步對農(nóng)村小型排灌泵站進行更新改造，在排灌泵站的改造中，首先對現(xiàn)有泵站進行測試，找出低效、高耗的原因，然后有針對性地采用綜合技術(shù)措施進行改造。

1 現(xiàn)有排灌泵站存在的主要問題

1.1 設(shè)備陳舊，配套不合理

由于產(chǎn)品更新，維修無配件，更新無資金，現(xiàn)有小型排灌泵站大都在低效率運行，水泵的實際流量比額定流量一般衰減20%～25%，提水能力明顯下降；泵站的裝置效率一般為40%～48%，低于55%的部頒標(biāo)準(zhǔn)；能源單耗一般為6.8～5.7kWh/kt·m，大于5.0kWh／kt·m的部頒標(biāo)準(zhǔn)。

70%的電機生產(chǎn)于60～70年代，電動機、頻敏啟動箱及低壓配電裝置等大部分屬于淘汰產(chǎn)品，設(shè)備很難購買配件；變壓器、開關(guān)柜、電機等產(chǎn)品質(zhì)量差，技術(shù)落后，耗能高；電纜老化嚴(yán)重，泄漏電流嚴(yán)重超標(biāo)。

設(shè)備配套不合理的情況較多，主要有機泵不匹配、水泵與揚程不匹配等，造成泵站長期低效運行。

1.2 泵站布局不合理

進、出水池設(shè)計尺寸和結(jié)構(gòu)布局不當(dāng)，造成池壁阻水，導(dǎo)致水頭雍高，水頭損失較大；進水流道設(shè)計不合理，導(dǎo)致進水池中流態(tài)紊亂，并伴有漩渦產(chǎn)生。

1.3 建站時間長，建筑物老化

天津市現(xiàn)有的272座農(nóng)村國有排灌泵站，建于50～70年代初的占總數(shù)的35.7%，建于70～90年代初的占總數(shù)的59%，建于90年代的占總數(shù)的5.3%。大部分泵站均已運行30a，水工建筑和土建設(shè)施損壞嚴(yán)重：進、出水池淤積嚴(yán)重；主泵房、管理用房等屋頂多處漏雨；門窗朽爛，室內(nèi)外墻面破損。存在諸多安全隱患。

1.4 管理不完善

現(xiàn)有管理單位普遍存在機制不靈活、體制不健全、改革力度不夠、資金缺乏等問題，有的甚至陷于癱瘓或無人管理狀態(tài)。

排灌泵站為自收自支單位，沒有行政事業(yè)費撥款，2005年以前主要收入來源是水費，即水費標(biāo)準(zhǔn)較低，征收困難，征收率基本在20%，造成運行管理費用嚴(yán)重不足，泵站操作人員得不到專業(yè)培訓(xùn)，缺乏必要的專業(yè)知識，設(shè)備使用不規(guī)范，缺少正常的維護保養(yǎng)，泵站老化失修、損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致泵站管理水平普遍偏低。

2 小型排灌泵站節(jié)能改造的技術(shù)措施

2.1 更新水泵，提高主泵運行效率

合理的水泵選型應(yīng)該以多年平均揚程作為選泵依據(jù)，以最高揚程進行校核，要求在平均揚程時，水泵在高效區(qū)運行；在最高揚程和最低揚程下，水泵能安全穩(wěn)定運行。

對于排水站來說，遇特大暴雨時需以最快速度將澇水排出，以確保農(nóng)田免遭澇災(zāi)。這時應(yīng)按水泵的最大排水能力來確定水泵的葉片安裝角（或水泵轉(zhuǎn)速），使其發(fā)揮最大功效。

對于選型不當(dāng)?shù)碾x心泵或蝸殼式混流泵，若其基本性能尚好，可采用變速、變徑調(diào)節(jié)，更換葉輪或更新主泵。對于可調(diào)葉片的軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵，可采用變角、變速調(diào)節(jié)，或根據(jù)情況改造導(dǎo)葉、葉片或葉輪。變速、變角調(diào)節(jié)都有一定的限度，如果水泵工作點的性能參數(shù)與實際需要相差較大，或經(jīng)使用后葉輪、口環(huán)等零部件已磨損，就應(yīng)更換新的零部件，以保證水泵的正常工作。

2.2 更新節(jié)能電機，提高電動機運行效率

淘汰老式電機設(shè)備，使用新型節(jié)能電機產(chǎn)品，可直接提高電機效率。

盡量使電動機配套功率，滿足主泵各種工況的需要，并留有一定富余，電動機配套功率的備用系數(shù)不宜過大或過小，備用系數(shù)過大，電動機效率要降低，其功率因數(shù)也降低，增加輸電線路和變壓器的損耗；備用系數(shù)過小則會使電動機難負(fù)其重，大大縮短電動機壽命。一般應(yīng)使電動機負(fù)荷率β≥0.7，當(dāng)β＜0.5時，長期輕載運行，效率低，能耗高，運行費用大，應(yīng)按與主泵優(yōu)化配套的要求，調(diào)整使用或更換。

2.3 改造傳動裝置，提高傳動效率

在電動機的轉(zhuǎn)速能夠滿足水泵運行工況的情況下，應(yīng)優(yōu)選直接傳動，該傳動方式比間接傳動可提高傳動效率3%，注意傳動裝置應(yīng)安裝正確，避免聯(lián)軸器不同心影響傳動效率。直接傳動一般只適合于水泵和電動機轉(zhuǎn)速相同的情況。間接傳動的效率較低，當(dāng)需要改變水泵轉(zhuǎn)速時可以采用這種傳動方式，以提高水泵的運行效率。需要指出的是，利用間接傳動方式來改變水泵轉(zhuǎn)速能否達(dá)到節(jié)能目的還應(yīng)進行分析比較。

2.4 改造管路，提高管路效率

管路是泵站的重要組成部分，對工程投資和運行費用及節(jié)能均有較大影響，管路效率與管路水頭損失成反比，而水頭損失又與管長、管徑、管壁粗糙度及管路附件的阻力系數(shù)等因素有關(guān)。因此適當(dāng)?shù)乜s短管長、減少彎頭、選擇經(jīng)濟管徑、控制經(jīng)濟流速，設(shè)計或選擇阻力系數(shù)較小的管路附件等是提高管路效率的主要途徑。

2.5 改造進、出水池，減小進、出水池水頭損失

在節(jié)能改造時，應(yīng)合理確定進、出水池的形狀和尺寸，設(shè)計不合理不僅會增加水頭損失，而且會引起漩渦、回流、脫壁等不良水力現(xiàn)象，從而惡化水泵的進水條件，降低水泵效率。

當(dāng)水源條件變化時,進水池中水泵吸入管口的最小淹沒深度經(jīng)常會變小，從而誘發(fā)漩渦，可采用適當(dāng)降低進水池底板高度、降低水泵安裝高度的措施來改善進水條件。出水池的水頭損失與管口出流形式及出水池的形式尺寸有關(guān)，應(yīng)盡量避免管口高于出水池水面的自由出流方式，該方式會顯著地增加水頭損失，應(yīng)改為淹沒出流。另外，采用側(cè)向出水時盡量避免水流沖擊池壁，此時產(chǎn)生的反射波會增加水泵工作揚程。

2.6 加強人員培訓(xùn)，提高管理水平

搞好泵站管理和維護，成立專業(yè)維修隊伍，加強對泵站管理人員的培訓(xùn)，提高生產(chǎn)安全性。

2.7 選用節(jié)能設(shè)備

泵站工程的建筑設(shè)計應(yīng)盡量細(xì)化設(shè)備尺寸，合理減小房屋建筑面積，最終減少供熱供電面積，減少能源消耗；積極利用自然光和自然通風(fēng)條件，減少電能消耗；發(fā)展節(jié)能型墻體和屋面，重點推廣外保溫墻體，采用合理的窗墻比及建筑體型。生活區(qū)內(nèi)辦公樓及宿舍節(jié)能設(shè)計按《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》進行設(shè)計，滿足三步節(jié)能要求。建筑設(shè)備方面，推廣高效節(jié)能型設(shè)備，減少能源損耗。

3 結(jié)語

提高泵站的節(jié)能潛力必須全面考慮，綜合改造。節(jié)能技術(shù)在排灌泵站改造中的應(yīng)用，將對提高泵站的效率和節(jié)約能源發(fā)揮重要作用，對當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的改善產(chǎn)生積極影響。

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