小型排灌泵站更新改造节能设计

刘瑞梅，王迺杰，刘景富

（1.天津市水利勘测设计院，天津 300204；2.天津市海河管理处，天津 300131；3.天津市三电汽车空调有限公司，天津 300385）

小型排灌泵站是农村经济发展的重要基础设施，在农田排涝、灌溉、防洪、生态环境改善等方面发挥着不可替代的重要作用，是保家园、保生产的重要设施。天津市现有农村国有小型排灌泵站272座，多建于60～70年代，经多年运行，存在不同程度的老化、损坏、高耗能、低效率等问题。2007年开始着手逐步对农村小型排灌泵站进行更新改造，在排灌泵站的改造中，首先对现有泵站进行测试，找出低效、高耗的原因，然后有针对性地采用综合技术措施进行改造。

1 现有排灌泵站存在的主要问题

1.1 设备陈旧，配套不合理

由于产品更新，维修无配件，更新无资金，现有小型排灌泵站大都在低效率运行，水泵的实际流量比额定流量一般衰减20%～25%，提水能力明显下降；泵站的装置效率一般为40%～48%，低于55%的部颁标准；能源单耗一般为6.8～5.7kWh/kt·m，大于5.0kWh／kt·m的部颁标准。

70%的电机生产于60～70年代，电动机、频敏启动箱及低压配电装置等大部分属于淘汰产品，设备很难购买配件；变压器、开关柜、电机等产品质量差，技术落后，耗能高；电缆老化严重，泄漏电流严重超标。

设备配套不合理的情况较多，主要有机泵不匹配、水泵与扬程不匹配等，造成泵站长期低效运行。

1.2 泵站布局不合理

进、出水池设计尺寸和结构布局不当，造成池壁阻水，导致水头雍高，水头损失较大；进水流道设计不合理，导致进水池中流态紊乱，并伴有漩涡产生。

1.3 建站时间长，建筑物老化

天津市现有的272座农村国有排灌泵站，建于50～70年代初的占总数的35.7%，建于70～90年代初的占总数的59%，建于90年代的占总数的5.3%。大部分泵站均已运行30a，水工建筑和土建设施损坏严重：进、出水池淤积严重；主泵房、管理用房等屋顶多处漏雨；门窗朽烂，室内外墙面破损。存在诸多安全隐患。

1.4 管理不完善

现有管理单位普遍存在机制不灵活、体制不健全、改革力度不够、资金缺乏等问题，有的甚至陷于瘫痪或无人管理状态。

排灌泵站为自收自支单位，没有行政事业费拨款，2005年以前主要收入来源是水费，即水费标准较低，征收困难，征收率基本在20%，造成运行管理费用严重不足，泵站操作人员得不到专业培训，缺乏必要的专业知识，设备使用不规范，缺少正常的维护保养，泵站老化失修、损坏严重，导致泵站管理水平普遍偏低。

2 小型排灌泵站节能改造的技术措施

2.1 更新水泵，提高主泵运行效率

合理的水泵选型应该以多年平均扬程作为选泵依据，以最高扬程进行校核，要求在平均扬程时，水泵在高效区运行；在最高扬程和最低扬程下，水泵能安全稳定运行。

对于排水站来说，遇特大暴雨时需以最快速度将涝水排出，以确保农田免遭涝灾。这时应按水泵的最大排水能力来确定水泵的叶片安装角（或水泵转速），使其发挥最大功效。

对于选型不当的离心泵或蜗壳式混流泵，若其基本性能尚好，可采用变速、变径调节，更换叶轮或更新主泵。对于可调叶片的轴流泵和导叶式混流泵，可采用变角、变速调节，或根据情况改造导叶、叶片或叶轮。变速、变角调节都有一定的限度，如果水泵工作点的性能参数与实际需要相差较大，或经使用后叶轮、口环等零部件已磨损，就应更换新的零部件，以保证水泵的正常工作。

2.2 更新节能电机，提高电动机运行效率

淘汰老式电机设备，使用新型节能电机产品，可直接提高电机效率。

尽量使电动机配套功率，满足主泵各种工况的需要，并留有一定富余，电动机配套功率的备用系数不宜过大或过小，备用系数过大，电动机效率要降低，其功率因数也降低，增加输电线路和变压器的损耗；备用系数过小则会使电动机难负其重，大大缩短电动机寿命。一般应使电动机负荷率β≥0.7，当β＜0.5时，长期轻载运行，效率低，能耗高，运行费用大，应按与主泵优化配套的要求，调整使用或更换。

2.3 改造传动装置，提高传动效率

在电动机的转速能够满足水泵运行工况的情况下，应优选直接传动，该传动方式比间接传动可提高传动效率3%，注意传动装置应安装正确，避免联轴器不同心影响传动效率。直接传动一般只适合于水泵和电动机转速相同的情况。间接传动的效率较低，当需要改变水泵转速时可以采用这种传动方式，以提高水泵的运行效率。需要指出的是，利用间接传动方式来改变水泵转速能否达到节能目的还应进行分析比较。

2.4 改造管路，提高管路效率

管路是泵站的重要组成部分，对工程投资和运行费用及节能均有较大影响，管路效率与管路水头损失成反比，而水头损失又与管长、管径、管壁粗糙度及管路附件的阻力系数等因素有关。因此适当地缩短管长、减少弯头、选择经济管径、控制经济流速，设计或选择阻力系数较小的管路附件等是提高管路效率的主要途径。

2.5 改造进、出水池，减小进、出水池水头损失

在节能改造时，应合理确定进、出水池的形状和尺寸，设计不合理不仅会增加水头损失，而且会引起漩涡、回流、脱壁等不良水力现象，从而恶化水泵的进水条件，降低水泵效率。

当水源条件变化时,进水池中水泵吸入管口的最小淹没深度经常会变小，从而诱发漩涡，可采用适当降低进水池底板高度、降低水泵安装高度的措施来改善进水条件。出水池的水头损失与管口出流形式及出水池的形式尺寸有关，应尽量避免管口高于出水池水面的自由出流方式，该方式会显著地增加水头损失，应改为淹没出流。另外，采用侧向出水时尽量避免水流冲击池壁，此时产生的反射波会增加水泵工作扬程。

2.6 加强人员培训，提高管理水平

搞好泵站管理和维护，成立专业维修队伍，加强对泵站管理人员的培训，提高生产安全性。

2.7 选用节能设备

泵站工程的建筑设计应尽量细化设备尺寸，合理减小房屋建筑面积，最终减少供热供电面积，减少能源消耗；积极利用自然光和自然通风条件，减少电能消耗；发展节能型墙体和屋面，重点推广外保温墙体，采用合理的窗墙比及建筑体型。生活区内办公楼及宿舍节能设计按《公共建筑节能设计标准》进行设计，满足三步节能要求。建筑设备方面，推广高效节能型设备，减少能源损耗。

3 结语

提高泵站的节能潜力必须全面考虑，综合改造。节能技术在排灌泵站改造中的应用，将对提高泵站的效率和节约能源发挥重要作用，对当地社会经济的可持续发展及生态环境的改善产生积极影响。

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