水泵葉輪切削在節能降耗中的應用

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，占地面積23.8畝，采用長江作為水源。經過多次改擴建，現狀設計總供水規模為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的供水任務。

1.2 取水泵站

取水工程設計規模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

2 近四年長江水位變化情況

根據2017～2020年以來的水位（吳淞標高）統計，出現的最高水位、最低水位分別為12.65m和3.1m?；赟PSS通過簡單季節模型對對長江水位數據進行了研究，從實測與擬合數據來看，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)，其他水頭損失約1m，經過伯努利公式（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 比轉速及最大切削量的計算②

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

4.1 多點做水泵特性曲線和等效率曲線（表2）

表2 水泵流量揚程數據表

表3 等效曲線數據表

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，符合實際水泵條件，單泵葉輪調整為380.5mm。依據文獻相應比轉速下的切削量低于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。

根據實際運行數據統計，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 葉輪更換后運行數據表

水泵揚程由原16.5m下降到13m。通過近半年的運行數據收集計算，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，每年可節約電量28800 kWh，電價0.6474元/kWh，每年可節約電費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節用水泵取得很好的節能降耗效果，從一定程度上降低了取水電單耗。