水泵叶轮切削在节能降耗中的应用

韦志新，李祥林

（芜湖华衍水务有限公司，安徽 芜湖 241000）

1 水厂及取水泵站概述

1.1 水厂

华东某水厂始建于1938年，位于长江岸边滨江公园内，占地面积23.8亩，采用长江作为水源。经过多次改扩建，现状设计总供水规模为10万m3/d，其中：一期（1984年建成）5.0万m3/d，二期（2007年建成）5.0万m3/d。主要承担老城核心区的供水任务。

1.2 取水泵站

取水工程设计规模10万m3/d，包括取水头部、自流引水管、取水泵房、原水管道等。设置4台卧式离心泵，单泵流量Q=1760m3/h，H=16.5m，P=110kW（表1）。

表1 水泵及电机参数

2 近四年长江水位变化情况

根据2017～2020年以来的水位（吴淞标高）统计，出现的最高水位、最低水位分别为12.65m和3.1m。基于SPSS通过简单季节模型对对长江水位数据进行了研究，从实测与拟合数据来看，水位变化基本一致，具体水位变化见图1。为保证在常水位与高水位下，水泵实际运行高效区间尽量覆盖，拟采用江水位7m作为技改后的水泵扬程工况点。

3 取水泵水头损失及工作高效点的核算

图1 近四年长江水位变化趋势

图2 反应池高程图

通过取水泵房运行情况分析，水泵采用自灌式加压提升江水，必须汽蚀余量的大小不影响水泵的运行。最大运行时，开启3台水泵，供水压力为P=18m(压力表读数)，其他水头损失约1m，经过伯努利公式（P=h+hsd）核算，水头损失约为hsd=18-14.1-1=2.9m。

此外，根据芜湖市所处地理位置，对反应池黄海标高与江水位吴淞标高进行转换计算，江水位7m（吴淞标高）下实际黄海高程为5.07m。因此，取水泵调整后的工作扬程为15.2-5.07+2.9=13.03m。

图3 原水泵特性曲线

4 比转速及最大切削量的计算②

式中，Ns为比转速，r/min；水泵流量Q=1760m3/h；水泵扬程H=16.5m；水泵转速n=980r/min。

4.1 多点做水泵特性曲线和等效率曲线（表2）

表2 水泵流量扬程数据表

表3 等效曲线数据表

图4 等效曲线与流量扬程曲线

4.2 确定交点（472.4，17.09）

表4 叶轮直径及切削率

切削量在范围内，符合实际水泵条件，单泵叶轮调整为380.5mm。依据文献相应比转速下的切削量低于9%的原则，通过叶轮切削律公式，原叶轮413mm切削后直径范围为376mm以上，根据实际工程扬程需求，切割后叶轮直径约在383mm。

式中，Q0、H0、N0、D0分别为更换叶轮后的流量、扬程、功率、叶轮直径，Q、H、N、D分别为更换叶轮前的流量、扬程、功率、叶轮直径。

5 叶轮更换后运行情况分析

叶轮技改项目完成后，水厂取水泵房主要包含1#、2#、4#三台大泵和3#一台小泵。

根据实际运行数据统计，如下表5。在长江水位4.33m条件下，2大1小组合比3大组合节约电单耗约6.1 kWh/dam3。当水位由5.87m下降到4.93m时，1台小泵比1台大泵仍然省电0.6kWh/dam3。可见叶轮更换后效果明显。

表5 叶轮更换后运行数据表

水泵扬程由原16.5m下降到13m。通过近半年的运行数据收集计算，单台泵取水电单耗下降约5kWh/dam3，按每年运行5个月，每天运行24h，每年运行3600h，每小时取水量约1600m3，每年可节约电量28800 kWh，电价0.6474元/kWh，每年可节约电费1.8465万元，叶轮的采购成本2.475万元，1年4个月即可收回成本（表6）。

表6 投资回收期测算

6 结语

自2020年4月实施取水泵叶轮更换技改后，切削后的水泵作为小泵在高水位和低峰供水时段作为调节用水泵取得很好的节能降耗效果，从一定程度上降低了取水电单耗。