水泵葉輪切削在節(jié)能降耗中的應用

韋志新，李祥林

（蕪湖華衍水務有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 水廠及取水泵站概述

1.1 水廠

華東某水廠始建于1938年，位于長江岸邊濱江公園內(nèi)，占地面積23.8畝，采用長江作為水源。經(jīng)過多次改擴建，現(xiàn)狀設計總供水規(guī)模為10萬m3/d，其中：一期（1984年建成）5.0萬m3/d，二期（2007年建成）5.0萬m3/d。主要承擔老城核心區(qū)的供水任務。

1.2 取水泵站

取水工程設計規(guī)模10萬m3/d，包括取水頭部、自流引水管、取水泵房、原水管道等。設置4臺臥式離心泵，單泵流量Q=1760m3/h，H=16.5m，P=110kW（表1）。

表1 水泵及電機參數(shù)

2 近四年長江水位變化情況

根據(jù)2017～2020年以來的水位（吳淞標高）統(tǒng)計，出現(xiàn)的最高水位、最低水位分別為12.65m和3.1m。基于SPSS通過簡單季節(jié)模型對對長江水位數(shù)據(jù)進行了研究，從實測與擬合數(shù)據(jù)來看，水位變化基本一致，具體水位變化見圖1。為保證在常水位與高水位下，水泵實際運行高效區(qū)間盡量覆蓋，擬采用江水位7m作為技改后的水泵揚程工況點。

3 取水泵水頭損失及工作高效點的核算

圖1 近四年長江水位變化趨勢

圖2 反應池高程圖

通過取水泵房運行情況分析，水泵采用自灌式加壓提升江水，必須汽蝕余量的大小不影響水泵的運行。最大運行時，開啟3臺水泵，供水壓力為P=18m(壓力表讀數(shù))，其他水頭損失約1m，經(jīng)過伯努利公式（P=h+hsd）核算，水頭損失約為hsd=18-14.1-1=2.9m。

此外，根據(jù)蕪湖市所處地理位置，對反應池黃海標高與江水位吳淞標高進行轉(zhuǎn)換計算，江水位7m（吳淞標高）下實際黃海高程為5.07m。因此，取水泵調(diào)整后的工作揚程為15.2-5.07+2.9=13.03m。

圖3 原水泵特性曲線

4 比轉(zhuǎn)速及最大切削量的計算②

式中，Ns為比轉(zhuǎn)速，r/min；水泵流量Q=1760m3/h；水泵揚程H=16.5m；水泵轉(zhuǎn)速n=980r/min。

4.1 多點做水泵特性曲線和等效率曲線（表2）

表2 水泵流量揚程數(shù)據(jù)表

表3 等效曲線數(shù)據(jù)表

圖4 等效曲線與流量揚程曲線

4.2 確定交點（472.4，17.09）

表4 葉輪直徑及切削率

切削量在范圍內(nèi)，符合實際水泵條件，單泵葉輪調(diào)整為380.5mm。依據(jù)文獻相應比轉(zhuǎn)速下的切削量低于9%的原則，通過葉輪切削律公式，原葉輪413mm切削后直徑范圍為376mm以上，根據(jù)實際工程揚程需求，切割后葉輪直徑約在383mm。

式中，Q0、H0、N0、D0分別為更換葉輪后的流量、揚程、功率、葉輪直徑，Q、H、N、D分別為更換葉輪前的流量、揚程、功率、葉輪直徑。

5 葉輪更換后運行情況分析

葉輪技改項目完成后，水廠取水泵房主要包含1#、2#、4#三臺大泵和3#一臺小泵。

根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如下表5。在長江水位4.33m條件下，2大1小組合比3大組合節(jié)約電單耗約6.1 kWh/dam3。當水位由5.87m下降到4.93m時，1臺小泵比1臺大泵仍然省電0.6kWh/dam3?？梢娙~輪更換后效果明顯。

表5 葉輪更換后運行數(shù)據(jù)表

水泵揚程由原16.5m下降到13m。通過近半年的運行數(shù)據(jù)收集計算，單臺泵取水電單耗下降約5kWh/dam3，按每年運行5個月，每天運行24h，每年運行3600h，每小時取水量約1600m3，每年可節(jié)約電量28800 kWh，電價0.6474元/kWh，每年可節(jié)約電費1.8465萬元，葉輪的采購成本2.475萬元，1年4個月即可收回成本（表6）。

表6 投資回收期測算

6 結語

自2020年4月實施取水泵葉輪更換技改后，切削后的水泵作為小泵在高水位和低峰供水時段作為調(diào)節(jié)用水泵取得很好的節(jié)能降耗效果，從一定程度上降低了取水電單耗。