泵站泵组工况调整实例

钟坤

某地方政府投资兴建一小型泵站解决周边居民用水困难问题，由于情况迫切，在泵站竣工后相关设计资料未移交使用单位便投入运行。

由于缺乏原始设计资料，泵站投入运行后发现泵组状况较差，表现为振动较大及水泵配套电机接近或超过额定电流。为保障泵站安全高效运行，必须对泵组进行调整，分析如下：

1.泵站现况

泵站内配有2台出水口为DN100的小型单级双吸离心泵泵组，总来、出水管为DN400。在居民区附近半山设有1个1000m3临时水库，原设计水库由于征地问题需1年半年后才能投入运行。泵站在凌晨低峰用水时入库，在白天及晚上用水高峰时出库。如遇用水量较大水库低至警戒水位时则出库及入库同时进行。

查泵组铭牌及厂家提供产品样本可知：

铭牌

型号 流量

（m3） 扬程

（m） 电机功率

（kW） 效率

（%） 转速

（r/min）

BOS100-375 200 43 45 71 1480

产品样本

型号 流量

（m3） 扬程

（m） 电机功率

（kW） 效率

（%） 转速

（r/min）

BOS100-375 185 52 55 71 1480

由于出现铭牌与产品样本不符的情况，在没有原始设计资料的情况下，采取调节出水阀的方式以获得泵组实际的参数及样条曲线：

实际泵组参数为：

型号 流量

(m3) 扬程

(m) 电机功率

(kW) 泵组效率

(%) 水泵效率

(%)

BOS100-375 183 51 42 60 67

而经过2个月泵组实际运行数据为：

机组 水量

(m3) 电量 (kWh) 来水

压力 (Mpa) 出水

压力 (Mpa) 扬程

(m) 千吨水电耗 (kWh/dam3) 效率

(%)

1#/2# 236 48 0.141 0.404 26.26 203.39 35.16

可见，泵站及泵组都严重偏离水泵运行高效区工作，造成效率过低、能耗过高。按产品样本，该泵组配套电机功率为55kW，实配45kW，目前单台泵组运行时，负荷较重，从而机组运行振动较大及配套电机电流过大。

而且，临时水库高度根据出水压力估算，与泵轴线高差约27米，而原设计水库位置比临时水库更高，可判断泵组是以原设计水库高度为参数选型，并没有考虑临时水库的情况。

2.泵组工况调整

在原设计的新水库未投入运行之前，利用已敷设好的入库管进行单泵入新水库，测得此时在来水压力0.13Mpa时，水泵出口压力为0.56Mpa，压差0.43 Mpa，泵组扬程为43米。

可知，该水泵设计选型应为扬程H=43m的泵型。如要调整泵组工况，令其靠近高效区运行，提高工作安全系数。

又知水泵变频技术和泵叶切削的相似定律可知：

Q1/Q2=f1/f2=D1/D2

H1/H2= (f1/f2)2=(D1/D2)2

P1/P2= (f1/f2)3=(D1/D2)3

式中：f1、f2——水泵电机运行频率Hz；

D1、D2——水泵叶轮直径mm；

Q1、Q2——水泵流量m3；

H1、H2——水泵扬程m；

P1、P2——水泵功率kW。

由以上分析可得出以下方案：

1、切削泵叶

在测量该型水泵不锈钢泵叶直径为D=408后，根据水泵产品样本及上述定律可知：

型号 流量

（m3） 扬程

（m） 轴功率（kW） 效率

（%） 电机功率

（kW） 叶轮直径（mm）

BOS100-375 130 58 31.1 66 55 408

185 52 35.9 73

222 44 37.5 71

BOS100-375A 124 55 28.6 65 45 390

177 48 32.1 72

212 42 34.6 70

BOS100-375B 118 50 24.7 65 37 370

169 43 27.9 71

203 37 30.1 68

BOS100-375C 113 44 21.1 64 37 355

161 40 25 70

193 34 26.7 67

分析可知该水泵选型应为B0S100-375B型（扬程H=43m），但却配套了直径较大的B0S100-375型泵叶。

按约10%的量切削水泵叶轮，其直径D=370mm，水泵高效区扬程将降至43米左右水平，切削后泵组的高效扬程区与当前加压运行扬程区间差距缩小，能有效提高泵组的运行效率，降低泵组运行负荷，提高泵组运行的安全系数。切削后泵组理论参数为：

型号 流量

（m3） 扬程

（m） 电机功率

（kW） 泵组效率

（%） 水泵效率

（%）

BOS100-375B 169 43 37 53.5 59.5

原泵组保留一铸铁泵叶作为备件，按上述10%切削量削叶后，机组运行数据为：

泵组 来水压力(Mpa) 出水压力(Mpa) 功率

(Kw) 流量

(m3/h) 扬程

(m) 千吨水

电耗

(kWh/dam3) 泵组

效率

(%) 备注

1# 0.140 0.398 36 223 25.80 160.48 43.78 已削叶D=370mm

2# 0.141 0.404 48 236 26.26 204 35.02 原泵叶D=408mm

可见，该泵组已达至较佳运行状况。由于暂时该站使用临时水库，扬程只有约27米。当启用新水库时已削叶机组可达至理论运行参数。

铸铁泵叶成本1500元，按该泵站供水约2500m3水量的标准，切削前后日均机时增加约1.5小时，但日均节电90kWh， 2个月内可收回成本。

而且降低该泵组扬程后，根据水泵性能曲线，在设计新水库未投入而临时旧水库继续使用期间，虽然水泵仍然未运行在最高效区，但已比泵叶切削前效率提高、能耗及功率降低，配套电机运行在额定电流之下，令泵组运行安全性大大提高。

但根据《水泵及泵站设计计算》叶轮切削限量表，切削叶轮导致水泵效率下降约2%，而且工况不可调节。因此，切削泵叶只作为短时间内实现安全及较高效运行水泵的快速方法，但长远计只有为水泵加装变频器才能灵活调节水泵，使其长时间运行在高效区段，实现低耗能、高效率运作。

3.加装变频器

虽然切削泵叶可以作为临时措施进行泵组调整，可以具有收效快、投入少、改造简单等特点，但是按长远计，为水泵加装变频器才能使泵组长时间有效安全运行，原因有：

（1)泵站来水压力由0.05Mpa~0.15Mpa区间变化，等效变化扬程达10m，如不增加变频器情况下泵组将不定期运行在高效区之外，能耗增大之余水泵机械磨损也会增加；

（2)变频器调节水泵电机转速运行，调速运行之所以节能，因为调速可以减少扬程浪费，并使水泵高效范围扩大，能保证在来水压力及流量变化幅度较大的情况下，水泵仍能有较高效率。

鉴于以上原因，应为该站2台机组加装变频器。

加装变频器后效能分析：

1#机及2#机加装变频器后9平均运行频率为45Hz），前后运行数据对比如下：

泵组 扬程

（m） 功率

（kW） 流量

（m3/h） 千吨水电耗

（kWh/dam3） 泵组效率

（%）

1#/2#机 27.61 36 212 170 44.23

原机组 26.26 48 236 204 35.02

差值 +1.35 -8 -24 -34 +9.21

本项目投资为5万元，以1台变频机带2台机组方式运行。安装变频器后，机组平均运行在45 Hz频率，平均送水电耗（千吨水电耗）下降34kWh/dam3，该站日均供水总量为3966 m3。由于该站只有1#和2#机两台泵组，两台泵组的开机率为100%，年节能计算如下：

年节能量=节约电耗×开机率×日均供水总量×365天

=34kWh/dam3×100%×3.966千m3×365天

= 49218kWh

按電价0.9元/ kWh计算，节约成本约44300元。

按如此推算再过半年后可收回成本，而且根据现运行数据推算在投入新水库后泵组运行应与理论参数相匹配，机组运行在高效区，大大降低运行能耗，提高泵站效益，而且对安全生产运行更有保障。

4.参考文献

[1] 水泵及泵站设计计算/李亚峰，伊士君，蒋白懿编著。——化学工业出版社，ISBN 7-5025-9366-7

[2] 2工业泵节能实用技术/黄志坚，袁周编著。——北京：中国电力出版社，ISBN 978-5123-4178-4