深井潛水泵和普通離心泵串聯運行試驗

徐樹寶

新泰市水利局，山東新泰271200

深井潛水泵和普通離心泵串聯運行試驗

徐樹寶

新泰市水利局，山東新泰271200

針對遭遇干旱以及地下水超采導致地下水位嚴重下降，造成大批深井供水失常，甚至報廢的情況，試驗采用深井潛水泵與普通離心泵串聯運行的方式取代傳統的分級提水以及更換設備等老辦法，取得了滿意的效果。

深井潛水泵；普通離心泵；串聯運行

1　問題的提出

山東省新泰市地處魯中山區，總面積1946 km2，人口140萬，是一個以煤炭工業為基礎，加快轉型升級的新型縣級市。全市境內河流眾多，山丘區面積約占70%。近年來，隨著經濟社會的快速發展，全市用水量逐年遞增，特別是在工礦區和井灌區，地下水超采嚴重。由于新泰多山，且煤炭資源豐富，礦井分布集中，煤礦排水破壞水資源生態平衡已成為新泰的一個特殊問題。由于采煤要疏干煤層以上的地下水，形成以煤礦為中心的漏斗疏干區。隨著礦坑向縱深發展，漏斗范圍越來越大，造成附近地下水位下降，水源干枯。據泰安市水文觀測資料分析，全市以新汶、樓德為中心形成了約300 km2的兩個奧灰水漏斗區，基巖地區最大降深已達75 m以上。

由于超采地下水，導致地下水位嚴重下降，造成大批深井供水失常，甚至報廢。一些配套深井在豐水期尚能供水，但在枯水期，由于水位下降過大，揚程增加過多，導致供水中斷。針對在深井提水中存在的問題，為了挖掘深井提水設施的潛力，充分發揮工程效益，節省投資，我們大膽革新，先后在小協鎮陳角峪、橫山等村試驗深井潛水泵與普通離心泵串聯運行新方法，獲得成功。經使用證明，這項技術不僅節省了工程投資，而且運行經濟合理，有廣泛的推廣應用價值。

2　工作原理

當水源離用戶較遠，供水管線很長時，如果一次用高揚程水泵來滿足要求，非但抽水裝置效率低，而且對配套設施的要求也很高；或者因地下水位嚴重下降，原供水工程不能滿足供水要求時，若更換原設備，勢必造成很大的經濟損失，如果采用分級提水，即先將水提至井外，蓄入調節池，然后再修建二級揚水站，向較高用戶供水，不但投資大，而且不利于管理。為了解決這一問題，滿足最遠用戶的需要，且能滿足深井附近的灌溉和用水，投資最省，我們采用了水泵串聯運行的形式，其工作原理如下：

圖1　水泵串聯運行原理Fig.1Theprincipleofseriesoperationofpumps

設潛水泵的揚程為H1，當把水提至井外后，壓力下降到較小值（一般5～10 m），再由串聯離心泵把壓力提高到H2的高度，這樣滿足了全部用戶的壓力要求，如圖1。否則潛水泵的揚程應到虛線所示的高度，這是顯然不經濟的。

3　改造方案對比

以陳角峪供水工程為例。

3.1基本資料

①井位：村西北1035 m處；②鉆井深度：202 m；③井徑：273 mm；④動水位：100 m；⑤井臺與供水控制點地面高差：81.20 m；⑥設計流量：50 m3/h。

3.2一級提水方案

已知上水量50 m3/h，壓力管選用ф125 mm無縫鋼管（此時管內流速為1.13 m/s，符合經濟流速的要求）。

沿程水頭損失采用以下經驗公式計算：得h沿=21.14（m）

局部水頭損失忽略不計，則潛水泵設計總揚程：H設=181.20+21.14=202.34（m）

查閱我省主要潛水泵生產廠家，尚無此高揚程的潛水泵，可見，采用一級提水顯然是不經濟的。

3.3分級提水方案

在不適宜采用一級提水的情況下，一般考慮采用二級提水。經設計計算，深井配套選200QJ50－130/10型潛水泵為一級提水設備，選DA1－100×6型多級泵為二級提水設備。整個供水工程分設兩套提水設施，兩處管理房，并增加一座蓄水池，如圖2。

圖2　水泵分級提水示意圖Fig.2 Schematic diagram lifting water with pumps step by step

3.4水泵串聯運行方案

水泵串聯與分級提水的目的基本相同，都是為了增加揚程而流量不變。將潛水泵與離心泵串聯后，實測上水量50 m3/h，潛水泵的輸入功率為26.5 kw，離心泵的輸入功率為25.6 kw，負荷率均在高效區。

在潛水泵與離心泵串聯的地方并聯一條管道，能兼顧機井附近的灌溉和供水，如圖3。

圖3　水泵串聯運行示意圖Fig.3 Schematic diagram of series operation with pumps

從圖中不難看出，采用水泵串聯運行，可大大節省管路等設備，節省基建投資，且管理方便。

表1　陳角峪供水工程改造方案對比單位：萬元Table 1 The comparison of reformed water supply project in Chenjiaoyu

4　效益分析

綜上所述，對深井提水中出現的新問題，通過改造方案對比分析得出，采用水泵串聯運行方案是最經濟合理的，現歸納如下：

（1）節省投資。以陳角峪供水工程為例，因用戶距水源較遠，采用二級提水，需兩套提水設施，兩處管理房和一座蓄水池（設計容量250 m3，兼有水量調蓄作用），總造價2.7萬元。采用潛水泵與離心泵串聯后，可節省管理房一處，省去蓄水池一座以及部分管路、配件，折價4.5萬元；

（2）易于管理。潛水泵與離心泵串聯后，結構緊湊，機電設備完全可以安裝在同一管理房內，易于操作和管理。分二級提水需兩名工作人員，尤其是中途設加壓泵站更增添了管理的麻煩，而采用水泵串聯后只需1人就可操作自如；

（3）易于挖掘提水設備潛力，提高效率。一般配套潛水泵，都留有富余揚程5～10 m，采用水泵串聯運行，可使離心泵的吸程由潛水泵的富余揚程來提供，可減少離心泵的吸程5～7 m，加上潛水泵的富余揚程5～10 m，兩項合計節約水能10～17 m；

對于因地下水位變化而影響供水的工程，在豐水期，能充分利用原有的提水設備，而在枯水期地下水位下降時，又能發揮串聯泵的效力，這樣既挖掘了提水設備的潛力，又提高了效率。

（4）能兼顧不同高程下的吃水和灌溉，適用性強。在潛水泵與離心泵串聯處并聯一條管道，當需要向機井附近供水時，截止離心泵，開通并聯管道即可；當需要向較高地帶供水時，截止并聯管道，開啟離心泵即可。不僅操作簡單，而且經濟合理，具有多功能性；

（5）節能效果明顯。以陳角峪供水工程為例，采用水泵串聯運行后，省去了離心泵的底閥等附屬設備，縮短了管路長度，減少了管路損失，提高了裝置效率，節約了能源。根據理論計算，采用串聯運行比分級提水每小時可節電5.5 kw/h，年節電約6000 kw/h，折款4800元。

5　幾點說明

5.1本項目使用范圍

（1）地下水位變化較大，原配潛水泵已不能滿足供水要求的深井；（2）總揚程較高（100 m以上）需分級提水的深井；（3）需滿足不同高程下吃水和灌溉的深井。

5.2注意事項

（1）串聯泵的流量應基本相等，否則流量小的泵會產生超負荷或者流量大的泵不能發揮作用；（2）串聯在后面的泵構造必須堅固，否則會遭到破壞；（3）流量不同的泵串聯時，流量較大的泵必須放置在第一級；（4）在開機時，應先開潛水泵，等離心泵葉輪充滿水時，在開離心泵，否則空轉對離心泵產生不良影響。

6　結語

新泰及我國北方的許多城市是水資源比較貧乏的地區。由于經常遭受干旱，加之經濟發展，致使地下水位逐年下降，造成大批深井出現供水失常。為了探討這一問題的解決途徑，我們結合實際，大膽對現有深井進行挖潛改造，試驗采用水泵串聯的方式取代傳統的分級提水以及更換設備等老辦法，取得了滿意的效果。實踐證明，采用水泵串聯運行具有投資少，見效快，效率高，易管理，實用性強等特點，深受用戶歡迎。

揚州大學主編：水泵與水泵站［M］.北京：中國水利水電出版社，2009

TheAttempt of the Series Operation of Deep Well Submersible Pump and Ordinary Centrifugal Pump

XU Shu-bao
Xintai Water Conservancy Bureau，Xintai 271200，China

Considering drought and over-exploitation of groundwater resulting in a serious decline in groundwater levels，a large number of deep wells were in disorder and even scrapped，the test had achieved satisfactory results by adopting the series operation of deep well submersible centrifugal pump and general centrifugal pump to replace some old ways，such as traditional hierarchical pumping and equipment replacement.

Deep well submersible pumps；ordinary centrifugal pump；series operation

S277.9+2

A

1000-2324（2016）05-0765-03

2016-08-23

2016-08-30

徐樹寶（1964-），男，工程師，主要從事水利、水資源管理工作.E-mail：laoxu01234@163.com