泵站装置效率及能源单耗分析评价

田 帅

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

山西省近几年建设的泵站多为高扬程、长距离、大流量，采用的泵型大多是离心泵，配用异步电动机。泵站装置效率一般通过试验实测确定。泵站一旦建成，即使经测试后装置效率达不到规定要求，也只能在低效率下运行，导致运行成本增加。因此，在工程设计中应对泵站装置效率及能源单耗进行分析计算。

1 泵站装置效率及能源单耗

泵站的水泵、动力机、传动装置、管道、进出水池以及辅助设备各个单项效率的综合反应可作为评价和考核设备性能，机、泵、管选型配套，工程设计和运行管理水平的一项综合性技术经济指标，也是研究泵站节能技术的一项基本参数。

《泵站设计规范》规定：抽取清水时，轴流泵站与混流泵站的装置效率不宜低于70%～75%，净扬程低于3 m的泵站，其装置效率不宜低于60%。离心泵站的装置效率不宜低于65%～70%。新建泵站的装置效率宜取高值。抽取多泥沙水流时，泵站的装置效率可适当降低。

能源单耗用e表示，其单位kW·h/（kt·m）表示将1千吨水提升1米所消耗的电能（kW·h）。

2 泵站装置效率理论计算

泵站装置效率为组成装置的各部分效率（动力机效率、传动装置效率、水泵效率和管道效率）之积。为使泵站装置效率提高，组成装置效率的各部分效率应力求达到最高。

2.1 动力机效率

异步电动机由于其运行维护方便、启动简单、价格便宜等优点，成为现代中小型泵站普遍采用的动力机。山西省最近建设的中小型泵站大多采用异步电动机。异步电动机的效率与负荷系数（电动机工作时输出轴功率和电动机额定功率之比）有关。一般情况下，异步电动机的效率大于0.6时，可达到额定功率时的铭牌效率；在0.75～1时，效率达到最大。因此，在选择配套电动机功率时，应使水泵设计工况轴功率处于电动机额定功率的75%～100%为最佳。我国中小型低压异步电动机的效率一般在90%左右。

2.2 传动装置效率

泵站装置中一般采用直接传动，即电机轴和水泵轴直连，其传动装置效率按100%计算。

2.3 水泵效率

水泵选型原则一般为在设计扬程工况和平均扬程工况时水泵效率相对较高，在最高扬程工况时水泵不致进入马鞍区而能够安全稳定运行。选型时水泵设计工作点应略高于最高效率区，以确保水泵在大部分工况下能运行在相对高效率区。通过分析现有水泵样本可以发现，中小型离心泵相对高效率区的效率一般在80%左右。

2.4 管道效率

在泵站装置中，管道由进出水管路及进出水池组成，管道效率=水泵净扬程/（管道损失+水泵净扬程）。

在泵站净扬程一定的情况下，为提高管道效率，必须降低管道的水力损失。由于影响阻力参数的局部阻力系数和管道的粗糙度系数对特定的管件是一定的，工程设计人员只能改变管径和管道长度。而管径对水力损失的影响最大，从理论上分析，管径越大，水力损失越小，但管径的增大会使工程投资增加。因此，管径除按经济流速选择外，还应考虑装置效率满足规范65%～70%的要求。

3 泵站装置效率分析评价

3.1 泵站效率

离心泵站装置效率=动力机效率×传动装置效率×水泵效率×管道效率≥65%。管道效率≥65%/（动力机效率×传动装置效率×水泵效率）=65%/（90%×100%×80%）=90.28%，即总的水力损失占水泵扬程的百分比不应大于（1－90.28%）=9.72%。

设计人员在设计时，经分析认为，为达到泵站装置效率所必须的管道效率来设计水泵管道，必须使泵站的装置效率尽可能达到规范要求的标准。对于长距离管道输水工程，这个损失会相应增大。

3.2 能源单耗与泵站效率的关系

泵站能耗E=3.6eγQH净t/1 000=γQH净t/（102×泵站装置效率），其中：E为某一时段内泵站所消耗的电度数，e为能源单耗，H净为同一时段内泵站的平均净扬程，Q为同一时段内泵站流量，t为某一时段时间，γ为水的容重，由此推出e=2.72/泵站装置效率。

4 建议

一是提高电机效率。首先合理选配电机，及时淘汰性能差、能耗高的电机，使用Y系列节能电机。其次加强机电设备管理，长期不用时切断高压电源、减少铜铁损，避免柴油机车口油料的跑、冒、滴、漏问题。

二是提高传动效率。优先采用直接传动，合理安装、使用、保养机泵，使之高效、安全，延长使用寿命。

三是提高水泵效率。在满足设计最大输水流量和工作扬程的同时，确保水泵高效运行；按所选泵型和台数设计的泵站，相对工程投资较少的方案；选取的水泵应在长期运行中保持较高的效率和较低的能耗，且运行稳定、费用较低；在各种设计工况下，水泵机组能安全运行，不出现气蚀、振动和超载等现象；加强水泵的定期维护与保养，填料压盖松紧度要适宜，正常运转时保持每分钟滴水30滴，叶轮等部件磨损严重、出水量明显降低时，及时更换。

四是提高管路效率。合理选择管材，采用经济管径；保证进水管的淹没深度、悬空高度，减少“高射炮”损失扬程；保证进水管不漏气、出水管不漏水；进水管装喇叭口、出水管装渐扩管，以减少进出水头损失；设计安装管路时要尽量减少弯头、缩短管路，进水口避免直接和弯头连接；提高管路内壁光洁度。

五是提高进出水池效率。保证进出水池的尺寸大小及结构型式合理，做到进水平稳无漩涡、出水顺畅不壅高，并经常清理拦污栅。