營城子抽水站節能優化設計

尹天波，戰冬梅

(1.五常市水務局，黑龍江五常150200;2.五常市民樂灌區管理站，黑龍江五常150200)

1 工程改擴建緣由

五常市營城子抽水站始建于1958年，為臨時性工程，1972年在原泵站的基礎上改建為永久性工程。由于該抽水站在改建時利用了原有機電設備等，加之工程建設正處于文革時期，工程質量不高，工程出水效率不足50%，年運行費用較高，群眾負擔大，水田灌溉面積由1 467 hm2遂年減少至800 hm2。

2002年營城子抽水站再經改建，重建廠房、進水池，更新機電設備，設計裝機容量1 380 kW，選用32SAP－19離心泵6臺。設計總揚程16.365 m，引水流量4.20 m3/s。該工程在改建中立足節能減排、降低能耗、保證水田生產需要和減輕農民負擔出發，特別在水泵、變壓器等電氣設備及提高管路效率方面進行優化。目前抽水站運行良好，受益面積達1.87萬hm2。

2 優化設計的特點

該抽水站的改建在節能優化設計方面有以下幾個特點:

2.1 泵型優選

可節能5.7%。選用SAP型系單級、雙吸水平中開式離心泵，它廣泛適應于工廠、城市、礦山、電站、農田、水利工程等領域，用以輸送不含固體顆粒的清水或物理、化學性質類似于水的其它液體，被輸送的介質溫度為0℃～80℃。

其進水室為半螺旋型蝸室，出水室為螺旋形蝸室，良好的進水室有利于葉輪進水速度的均勻并能減小能量損失，在螺旋結構以及旋轉葉輪的作用下，水在進入葉輪前已有一定的強制預旋，主流旋轉方向和葉輪同向，但在靠近進水室擋板的一側有一股弱旋流，旋轉方向卻與葉輪相反，這樣就會有一股與葉輪轉向相反的強制預旋，在旋轉葉輪的反作用下其旋轉強度會逐漸減弱，對主流正預旋影響不大，使強制預旋能夠減小水的臨界回流流量，從而提高低負荷時泵的性能。

另外該水泵為高比轉速，采用葉片數為5片，這樣即可增加過流面積還可減少摩擦損失，同時提高了泵的汽蝕性能和效率;在設計流量不變和揚程許可范圍內降低轉速，葉輪對進水的反作用減小，葉片進口前的周向速度小于設計轉速，也可提高水泵的汽蝕性能，同時降低轉速還有利于消除出口回流和提高做功能力，與此相對應，設計轉速下提高流量同樣可以改善泵的性能;增加葉輪進口直徑或葉輪葉片進口寬度，都能增加過流面積，從而達到提高水泵汽蝕性能的目的。

2.2 變壓器優選

可節能3%。變壓器按泵站最大運行方式下最大可能運行負荷來確定計入功率因數、同時系數、負荷系數及網絡損失系數。變壓器的容量按下列公式計算:

式中:S為變壓器容量/KVA;P1為電動機額定功率/KW;P2為照明等用電總負荷/KW;η為電動機效率;cosφ為電動機和功率因數;K2為照明同時系數;K1電動機負荷系數。

式中:P3為水泵軸功率;K3為修正系數，應取 K=1.0～1.05。

2.3 管路效率優化

管路效率就是水泵凈揚程總程之比。總揚程一搬按下式計算:

ΔH為管路水頭損失，包括沿程損失和局部損失。一般來說，沿程水頭損失不可避免，可以通過加大管徑的辦法來減小水頭損失，但對總揚程≤20 m的中低揚程的抽水站來說，提高管路效率意義不大。

該抽水站局部水頭損失占70%，所占比重較大，如何降低管路的局部水頭損失，就成了解決問題的關鍵。局部水頭損失一般有管路彎頭、出口和拍門損失。但在實際設計當中，受地形條件的限制，彎頭可調控的幅度不是很大，拍門又必不可少。因此在基本不影響工程造價的前提下，只有出口損失可以進行人優化，而且在整個局部水頭損失中，出口的水頭損失約占整個局部水頭損失的68%。

那么如何能減少管路出口的水頭損失呢?該抽水站在管路末端壓力池壁出水口外安裝一個擴散型管，擴散角為7.50～8.50，有關資料介紹擴散角最優度與管出口水的流速有關，流速較大時取較大值，反之取小值。擴散管的水頭口徑與管路口徑一致，并與管路緊密焊接，擴散管的大頭口徑為小頭口徑的1.5～2倍為宜，擴散管的長度，依給定的擴散角(7.50～8.50)和口徑的增幅計算而得，然后再根據擴散后新口徑安上拍門即可。這樣使得管路出口安裝擴散管后可使出口的局部水頭損失下降，在保持凈揚程不變的前提下，節能3.5%。

綜上所述，營城子抽水站通過泵型、變壓器優選和出水口結構改進可起到節能作用，對國民經濟建設節能減排，降低能耗、保證水田生產和減輕農民負擔具有一定意義。

［1］湖北省水利水電勘測設計院.GB50265—2010泵站設計規范［S］ .北京:中國計劃出版社，2010.

［2］中華人民共和國水利部.GB50288—99灌溉與排水工程設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，1999.