轴流泵站技术改造的探讨

张文渊（江苏省国营淮海农场，江苏射阳　224354）

 
摘　要：针对淮海农场轴流泵站存在的问题，提出了既经济又合理的改造方法。在改造中采用同口径的其他型号泵提高比转速，用混流泵提高平均装置效率，通过泵站装置优化设计，使泵站经济运行，提高效率。
　　关键词：排灌站；轴流泵；扬程；泵站技术改造

1　前　　言
　　江苏省国营淮海农场位于淮河下游、苏北灌溉总渠尾闸两岸，东临黄海，地势平坦而低洼，地面高程（废黄河零点）0．9～1．2m，土地总面积11 550hm2，耕地5 000hm2，是典型的平原圩区。农场以生产棉花、水稻、三麦为主，是江苏农垦大型农业企业。自1952年建场以来，灌排事业迅速发展，到2000年初，全场共建造了85座机电排灌泵站，固定装机容量为5 750k W，达到了平均1．15k W负担耕地1hm2的较高水平，基本上实现了农田排灌机械化。自1993年开始，淮海农场大面积改水扩稻，水稻面积由2 100hm2增加到4 500hm2。由于水稻种植面积的迅速发展，先期建造的泵站暴露出设计标准不高、设备陈旧老化、性能差、流量不足、效益衰减等问题。面对这种情况，从1995年开始，每年安排100多万元资金用于泵站技术改造。到2000年初共改造泵站50座，总装机达56台套4 115kW，其中轴流泵站占46座，装机容量50台套3 785kW（见表1）。
2　轴流泵站存在的问题
　　泵站建设时就存在着很多先天不足，加之工作年限日久，不少水泵存在问题。由于各泵站具体情况不同，在改造中需要顾及的问题很多，经对多年的技术改造资料的分析，归纳起来主要有两个方面的问题，即水泵性能不能满足要求和水泵装置设计不合理。
 
2．1　水泵性能不能满足要求
　　由于建站时选型不当，或现在的水位较以前的设计水位变化较大，致使泵站需要扬程发生变化，水泵不能满足现在的运行要求。
2．1．1　水泵扬程偏高
　　由于以前轴流泵扬程较高，低扬程泵开发较少，因而在建站选泵时常常选不到十分合适的泵型。例如，较多采用的20ZLB-70、28BLB-70等泵型，最高效率点扬程约7m，而不少水泵工作扬程只需3～4m，因而导致水泵长期偏离高效区运行，效率降低，能耗增加，并因气蚀性能的降低带来振动、噪音、气蚀等一系列问题。
2．1．2　水泵高效区范围较窄
　　众所周知，轴流泵效率曲线在最高效率点两侧变化较快，即高效区较窄。而淮海农场的排涝泵站因受夸套河、八滩河水位的影响，水位变幅较大，故泵站受水位变幅的制约尤为明显。例如东滩北站，水泵工作扬程11m，经过近几年的运行，水泵气蚀严重，效率降低，能源单耗增大，流量下降到额定值的60％左右。
2．1．3　水泵扬程偏低
    随着经济的发展，工农业生产需求提高，为了提高圩内排渍要求，降低了水泵的起排水位，不少河道因泥沙淤积、杂草丛生等原因抬高了排涝泵站的出水位，因此原有水泵扬程比现在需要的扬程低。
2．2　水泵装置不合理
　　在排涝泵站中，一方面根据进水池最低水位确定安装高程，一方面从土建工程量的角度来考虑出水建筑物的高程。因此，对于一些扬程较高的泵站，水泵出口与出水建筑物之间不能正常衔接，而需要靠一些异型管来联结，受泵站结构尺寸的限制，水泵出流很不平顺，加大了局部损失。
3　水泵改造方案的选择
　　由上面分析可知，只有通过改变泵型使水泵性能满足需要，或通过重新设计泵站结构类型来优化整个装置结构，才能达到改造目的。
3．1　改变水泵的性能
　　泵站技术改造需要尽可能地利用原有的工程、设备。在对水泵进行内涵改造或更换同口径不同比转数的水泵时，要求在达到水泵性能目的的同时又经济合理。
3．1．1　提高水泵比转数
　　淮海农场排涝泵站在技术改造前普遍存在水泵扬程偏高的现象，在改造过程中，通过多种方案比较，不论是采取内涵改造，还是更换同口径水泵，有不少泵站都将以前的比转数由70提高到100或125，从而降低了水泵的高效点扬程，使水泵更适合泵站需要，且整个工程投资经济合理。1995年以来，淮海农场有15座排涝站采用了上述方案，更新改造效果明显。改造后正向进、出水池，进出水条件较好，流量增幅约30％～45％，平均装置效率由改造前的40％～45％提高到55％～60％。
　　如淮海农场6分场43大队北排站改造前安装2台28ZLB-70型立式轴流泵，配用2台JSL-12-10型80kW电动机，比转数为70。改造后将比转数提高到100，经测试：
    （1）在泵站扬程为6．5m左右时，泵站总流量由1．8m3／s提高到2．4m3／s，增幅33．3％；
　　（2）改造前平均装置效率为40．5％，改造后提高到57．0％，比改造前提高了40．74％；
　　（3）改造后正向进、出水池，进出水条件较好。
3．1．2　改用混流泵
　　轴流泵扬程适应水位变化的范围较小，不能满足泵站需要时，采取导叶式混流泵来扩大适用范围。1995年以来，淮海农场有11座立式轴流泵站改造成导叶式混流泵站，效果良好。改造后进水流态、气蚀性能大大改善，流量增幅约30％～40％，平均装置效率由改造前的35％～40％提高到55％～64％。
　　如淮海农场东滩南排站改造前安装2台立式轴流泵机组，其中1台套48ZLB-87（配JSL15-12-330kW电机）和1台套40ZLB-50（配JSL15-10-480kW电机）。选用2台1000HD-9型新型导叶式混流泵，全部配用JSL-15-12-330kW电机，经测试：
　　（1）在泵站扬程为6．5m左右时，泵站总流量由4．5m3／s提高到6．4m3／s，增幅约42．2％，且装机容量减少了18．5％；
　　（2）改造前平均装置效率为39．52％，改造后为64．78％，比改造前提高了63．92％；
　　（3）改造后进水流态、气蚀性能大大改善。
3．2　水泵装置的优化设计
　　不论是因泵站原就存在装置设计不合理，还是现在因水泵运行条件改变而导致的不合理，重新设计泵站结构是可行的也是必要的。1995年以来，农场对20座泵站结构进行了重新设计，大大改善了水泵出水流态，降低了管路损失，提高了装置效率。
　　例如，淮海农场4分场34大队泵站安装3台28ZLB-70型轴流泵，配用3台JSL-12-10型80kW电动机，转速585r／min，联轴器传动，提水能力3．6m3／s，出水管直径70cm，长5m，正向进、出水池，进出水条件较好。
　　（1）原技术状况。为了摸清泵站的技术状况，找出存在的问题，按《泵站现场测试规程》进行了技术测试。测试结果见表2。
 　 （2）存在的问题。由技术测试得知，泵站效率仅40．5％，低于《泵站技术规范》中规定的50％（特低扬程泵站）。经分析，泵站效率低的主要原因和存在的主要问题如下：
a．机泵效率低。根据水泵的性能，叶片安装角度在0°时，高效区最低效率78．4％，电动机的额定效率为91．2％，其机泵效率应为71．5％，而实测只有57％，低14．5％。造成机泵效率低的原因，一是水泵实际运行扬程低于其高效区的扬程。水泵高效　　区的最低扬程是2．86m，而实际扬程只有2．45m。二是电动机实际输出功率小，负载率低，导致电动机的运行效率低。
　　b．管路效率低。由表1可知，管路效率只有74％。也就是说能量在通过管路时损失了26％。原因一是管路出口损失较大，泵站扬程较小，水头损失占的比例大；二是管道直径小，流速大，增大了管路的沿程损失。
　　（3）技术改造措施。对该站的改造，不仅要大幅度提高泵站效率，而且要研究探索出能普遍推广应用的技术改造措施。改造应以充分利用现有工程设备、投资少又可大幅提高泵站效率为原则。针对该站存在的问题，要提高泵站效率，只有提高水泵、电动机和管路效率。经研究分析，采取了如下技术改造：
　　a．改变水泵性能，使其与泵站的实际扬程相符，以提高水泵运行效率。具体措施是：把水泵的叶轮和导叶体换成700ZLB-125型水泵的叶轮和导叶体，叶片安装角度定为＋2°。改前和改后水泵的性能见表3。由表3知，水泵原来的工作点在高效区之外，换件改造之后工作点在高效区之内，且流量和轴功率比原来有所增大。 
　　
　　水泵轴功率的增大，使电动机的负载率增大，进而提高了电动机的运行效率。
　　b．把出水管改为扩散角为8°的渐扩管。渐扩管长215cm，小头直径80cm，与下端管道相接，大头直径110cm，安上拍门作为出口。渐扩管和水泵出口之间的管道直径由70cm改为80cm。按有关理论分析，改后出口的水头损失将减少到原来的12％。
　　（4）实测改造效果。改造后，按《泵站现场测试规程》的规定，采用和改造前相同的测试方法进行了技术测试，结果见表4。
 

　　由表4可知，改造后泵站效率提高到了55％，超过了《泵站技术规范》规定的特低扬程泵站效率不低于50％的要求。泵站效率比改造前提高了14．5％，管路效率提高了12％，机泵效率提高了9．6％，改造效果显著。
4　结束语
   对于泵站的技术改造，应具体问题具体分析，在满足水泵经济运行的情况下，最大限度地利用原有的设计和工程设施，可降低改造费用。因而在水泵进行内涵改造或更换时，采用同口径的其他型号泵可降低工程造价，对合适的泵型进行装置优化设计，也将对泵站的经济运行提供有力的保证。

参考文献 ［1］　张文渊．机电排灌泵站技术改造的途径［J］．水轮泵，1998，（2）．　　
［2］　武汉水利电力学院编．水泵及水泵站［M］．北京：水利电力出版社，1985．