珠三角潮感区排涝泵站与装置效率关系研究

摘　要：

关键词：

1. 潮感区泵站特点
　　珠三角感潮区排涝泵站，与洪水影响为主的排涝泵站相比有以下特点：
　　(1)泵站开机机率低：上游洪水影响为主的排涝泵站，汛期外江水位高，受潮汐作用影响小，水闸自排机会少；而感潮区受潮汐作用影响明显，水闸自排机会多，泵站排涝机会相对较少。
　　(2)泵站开机时间短；由于受潮汐的作用，外江即使遭遇5年一遇以上潮水，当退潮时会外江水位会降到0.8m以下，可以开闸自排，只有外江水位高，而内涌遭遇暴雨，潮峰与雨峰遭遇时，才使用电排排水。
　　(3)泵站工作扬程低：一般在1～2米之间。
　　由于工作扬程低，往往泵站的装置效率较低，很难达到《泵站设计规范》要求的60％，或者要达到较高的效率，需要增加较大的投资。对于基层管理单位，喜欢用1.2米直径以下立式轴流泵，因为它具有使用方便，可靠性高，运行费用低，容易维修，投资少等优点，但是在潮感区使用立式轴流泵，装置效率往往较低。到底装置效率对泵站的影响有多大？下面从全寿命周期成本的角度进行分析。
2. 装置效率的组成
　　泵站效率包括驱动效率及泵装置效率。而驱动效率包括电动机效率及传动效率，泵装置效率包括水泵效率及管路效率等。泵站效率的具体计算公式为：
　

　　式中η_泵站 —泵站效率；η_驱动 —驱动效率；η_装置 —装置效率；
　　η_机 —电动机效率；η_传 —传动效率；η_泵 —水泵效率；
　　η_管 —管路效率， ；H_净 —水泵净扬程；
　　H_总 —水泵总扬程，为净扬程加进水流道水力损失之和；
　　由此可见影响泵站效率高低的因素主要是驱动效率和装置效率，
　　而驱动效率主要与电机类型及传动装置有关，基本变化不大；泵装置效率主要反映流道(管道)水力损失与进出水条件的优劣，是水泵选型、进出水流道设计合理性的主要指标。
　　下面以某工程选定的1200ZLB-135型泵方案分析泵站装置效率与净扬程的关系。
　　根据常规的水力损失计算可得(过程省略)：
　　

　　由此可见Q基本不变的情况下，H_净越小，η_管越小，而若η泵基本不变，因而导致η_装越小。而由计算可知进出水管(流)道水力损失Δh_损中，出水弯管局部水力损失占的比例最大达到44.31％，其余均较小，这主要由轴流泵的进出水型式所决定。选定的1200ZLB-135型泵方案在设计扬程工况下Q＝4.722m3/s，H_净＝1.65m，Δh_损＝0.47m，η_泵＝80.8％，η_装置＝58.48％。而假设H_净变化，而其余参数基本不变的情况下计算出来的η_装置见2-1。
　　泵站装置效率与净扬程的关系表            表2-1

净扬程H净（m）	1.5	1.8	2.0	2.2	2.4
装置效率η装置（%）	57.2	59.6	60.84	61.9	62.8

　　由此可见，对于泵站设计，泵装置效率指标固然重要，但它是相对于一定净扬程而言的相对性指标，比较基准离不开净扬程条件，在净扬程较低的情况下，往往进出水流道水力损失Δh_损占的比例较大，管路效率偏低，从而导致泵站装置效率较低。
　　本工程选定的1200ZLB-135型轴流泵方案在设计扬程、最高扬程及平均扬程工况下，计算出来泵站装置效率分别为58.48％、62.15％、54.42％，平均工况净扬程较低，仅为1.41m，其管路效率低，因而导致泵站装置效率低。
3. 泵站能耗分析
3.1电排机组年运行时间计算
　　本工程集雨面积约7.09km²，多年平均降雨量1625.4mm，综合径流系数为0.7，由此计算得年降雨径流量为807万m³。
　　为安全计按全部电排考虑，本工程设计扬程工况下排涝流量约为14.17m³/s，由此计算得本工程电排机组年运行时间约158小时。
3.2不同装置效率时泵站能耗及电费比较
　　泵站的水泵排水所消耗的电量计算公式如下：
　　　　　　　
　　式中，Ed                      —水泵排水时消耗的电量(kWh)
　　H_净  —泵站净扬程(m)；
　　Q —H_st对应的泵站流量(m³/s)；

　　ρ —水的密度，ρ＝1000kg/ m³；
　　g —每千克水所受的重力，g＝9.81N/kg；
　　η^装置 —泵站装置效率；
　　η^传动 —传动效率，取100％。
　　本工程选定的1200ZLB-135型轴流泵方案在设计扬程工况下H_净＝1.65m，Q＝14.17m³/s，t＝158h，每度电按0.8元计算，由此可计算得不同装置效率时水泵排水时消耗的电量及电费如下表3-1。
　　泵装置效率与消耗的电量及电费的关系表            表3-1
　　

泵装置效率 η装置（%）	50	55	58.48	60	65	70
耗电量（万kWh）	7.24	6.58	6.19	6.04	5.57	5.17
电费（万元）	5.79	5.27	4.96	4.83	4.46	4.15
减少电费（万元）	0.00	0.52	0.83	0.96	1.33	1.64
减少电费比例	0.00%	9.04%	14.27%	16.54%	22.91%	28.37%

4. 结语
　　由3-1可知，当泵装置效率增加10％时，电费减少约16.54％，电费对泵装置效率变化不敏感。所以珠三角感潮河网地区排涝泵站的装置效率不应是重点考虑的因素。从实用的角度考虑，潮感区高水位持续时间不长，泵站的作用更多的是预排、削峰，总的排水时间不长，加大泵装置效率每年省下的电费经济效益不大，而泵装置效率提高会引起泵站工程投资的大幅增加。

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