水泵叶轮切削在节能降耗中的应用

水泵叶轮切削在节能降耗中的应用
摘要：位于长江下游某市的自来水厂取水泵房改建于2007年，当时，由于
受各方面条件的限制，取水泵房配置了4台同型号的轴向中开蜗壳式离心泵，4
台配套电机控制系统均为直接启动，未配置变频调速装置。

经过10多年的运行，逐步暴露取水量不好调节，机组不好搭配，设备启停频繁，取水电单耗偏高等弊端。

加之该市长江水位全年落差变化很大，高低水位差大多数情况下超过一倍，
导致水泵长时间不在高效区运行，电耗增加。

为实现水量调节方便，降低取水电
单耗，同时，又尽可能地减少投资的目标，通过比选更换叶轮和增设变频调速设
备两种方案，最终决定采用叶轮切削律对单台卧式离心泵进行核算并完成水泵叶
轮更换。

结果表明：利用叶轮切削技术可以调节取水泵运行工况，降低运行电单耗，并取得了一定的经济效益。

关键词：水位；水泵效率；节能降耗
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。

图1近四年长江水位变化趋势
图2反应池高程图
3取水泵水头损失及工作高效点的核算
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
(1)
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
(3)
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。

(5)
(6)
(7)
式中，Q
0、H
、N
、D
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6.1kWh/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28800kWh，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
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。

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