营城子抽水站节能优化设计

尹天波，战冬梅

(1.五常市水务局，黑龙江五常150200;2.五常市民乐灌区管理站，黑龙江五常150200)

1 工程改扩建缘由

五常市营城子抽水站始建于1958年，为临时性工程，1972年在原泵站的基础上改建为永久性工程。由于该抽水站在改建时利用了原有机电设备等，加之工程建设正处于文革时期，工程质量不高，工程出水效率不足50%，年运行费用较高，群众负担大，水田灌溉面积由1 467 hm2遂年减少至800 hm2。

2002年营城子抽水站再经改建，重建厂房、进水池，更新机电设备，设计装机容量1 380 kW，选用32SAP－19离心泵6台。设计总扬程16.365 m，引水流量4.20 m3/s。该工程在改建中立足节能减排、降低能耗、保证水田生产需要和减轻农民负担出发，特别在水泵、变压器等电气设备及提高管路效率方面进行优化。目前抽水站运行良好，受益面积达1.87万hm2。

2 优化设计的特点

该抽水站的改建在节能优化设计方面有以下几个特点:

2.1 泵型优选

可节能5.7%。选用SAP型系单级、双吸水平中开式离心泵，它广泛适应于工厂、城市、矿山、电站、农田、水利工程等领域，用以输送不含固体颗粒的清水或物理、化学性质类似于水的其它液体，被输送的介质温度为0℃～80℃。

其进水室为半螺旋型蜗室，出水室为螺旋形蜗室，良好的进水室有利于叶轮进水速度的均匀并能减小能量损失，在螺旋结构以及旋转叶轮的作用下，水在进入叶轮前已有一定的强制预旋，主流旋转方向和叶轮同向，但在靠近进水室挡板的一侧有一股弱旋流，旋转方向却与叶轮相反，这样就会有一股与叶轮转向相反的强制预旋，在旋转叶轮的反作用下其旋转强度会逐渐减弱，对主流正预旋影响不大，使强制预旋能够减小水的临界回流流量，从而提高低负荷时泵的性能。

另外该水泵为高比转速，采用叶片数为5片，这样即可增加过流面积还可减少摩擦损失，同时提高了泵的汽蚀性能和效率;在设计流量不变和扬程许可范围内降低转速，叶轮对进水的反作用减小，叶片进口前的周向速度小于设计转速，也可提高水泵的汽蚀性能，同时降低转速还有利于消除出口回流和提高做功能力，与此相对应，设计转速下提高流量同样可以改善泵的性能;增加叶轮进口直径或叶轮叶片进口宽度，都能增加过流面积，从而达到提高水泵汽蚀性能的目的。

2.2 变压器优选

可节能3%。变压器按泵站最大运行方式下最大可能运行负荷来确定计入功率因数、同时系数、负荷系数及网络损失系数。变压器的容量按下列公式计算:

式中:S为变压器容量/KVA;P1为电动机额定功率/KW;P2为照明等用电总负荷/KW;η为电动机效率;cosφ为电动机和功率因数;K2为照明同时系数;K1电动机负荷系数。

式中:P3为水泵轴功率;K3为修正系数，应取 K=1.0～1.05。

2.3 管路效率优化

管路效率就是水泵净扬程总程之比。总扬程一搬按下式计算:

ΔH为管路水头损失，包括沿程损失和局部损失。一般来说，沿程水头损失不可避免，可以通过加大管径的办法来减小水头损失，但对总扬程≤20 m的中低扬程的抽水站来说，提高管路效率意义不大。

该抽水站局部水头损失占70%，所占比重较大，如何降低管路的局部水头损失，就成了解决问题的关键。局部水头损失一般有管路弯头、出口和拍门损失。但在实际设计当中，受地形条件的限制，弯头可调控的幅度不是很大，拍门又必不可少。因此在基本不影响工程造价的前提下，只有出口损失可以进行人优化，而且在整个局部水头损失中，出口的水头损失约占整个局部水头损失的68%。

那么如何能减少管路出口的水头损失呢?该抽水站在管路末端压力池壁出水口外安装一个扩散型管，扩散角为7.50～8.50，有关资料介绍扩散角最优度与管出口水的流速有关，流速较大时取较大值，反之取小值。扩散管的水头口径与管路口径一致，并与管路紧密焊接，扩散管的大头口径为小头口径的1.5～2倍为宜，扩散管的长度，依给定的扩散角(7.50～8.50)和口径的增幅计算而得，然后再根据扩散后新口径安上拍门即可。这样使得管路出口安装扩散管后可使出口的局部水头损失下降，在保持净扬程不变的前提下，节能3.5%。

综上所述，营城子抽水站通过泵型、变压器优选和出水口结构改进可起到节能作用，对国民经济建设节能减排，降低能耗、保证水田生产和减轻农民负担具有一定意义。

［1］湖北省水利水电勘测设计院.GB50265—2010泵站设计规范［S］ .北京:中国计划出版社，2010.

［2］中华人民共和国水利部.GB50288—99灌溉与排水工程设计规范［S］.北京:中国计划出版社，1999.