城市排水泵站系统节能方法研究

摘要 本文介绍了城市排水泵站的特点，分析了泵的效率和节能之间的关系，在理论上提出了泵站节能的方法，对排水泵站的设计和改造具有一定的实用价值。

关键词泵站 节能 流量 效率

Abstract this paper introduces the characteristics of city drainage pumping station, analyzes the relationship between the pump efficiency and energy saving, in theory and put forward a new method of energy saving, has certain practical value to design and modification of the drainage pumping station.

Keywords pumping flow efficiency

中图分类号：S276文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1.前言

泵站应用的领域和行业十分广泛，泵站的能耗问题在能源匮乏的今天尤为突出。水泵是泵站中最主要的机械设备，据统计，在世界范围内，仅水泵的用电量就占全社会总用电量的20％－25％，水泵用电占全国总用电量的21％。

泵站按照其功能划分为：供水泵站、排水泵站、调水泵站、加压泵站、蓄能泵站。不同的泵站使用的水泵及工作原理各不相同，因此节能方法也不尽相同。本文着重对排水泵站系统的节能机理进行分析。排水泵站系统中具体电耗分布情况因工艺设计和管理水平的不同而差别很大，存在着较大的节能潜力。因此，深入分析排水泵站系统中能耗产生的原因，并据此提出节能的方法对泵站系统的工艺设计及其改造有着十分重要的意义。

2.城市排水泵站特点

随着经济社会的发展，城市的数量与规模都在不断扩大，雨水、污水量也随之增加。对雨水而言，目前很多城市主城区的设计暴雨重现期已达3年频率；对污水而言，随着城市人口增多、工商业的不断发达，污水量相应增大。城市雨、污水水量的增加，对城市排水设施提出了很高的要求。城市排水设施由排水管网与排水泵站组成，是城市重要的基础设施之一。当前我国城市排水泵站的规模呈不断扩大趋势，作为重要的城市基础设施，其安全可靠经济运行日益受到重视。

城市排水体制分雨、污水合流制和雨、污水分流制，因而城市排水泵站根据所排水体的特征可分为排污泵站、雨水泵站、雨污合流泵站等三种。有如下特点：

(1)城市排水泵站的建设要考虑环境的问题。随着城市建设的发展，城市用地日益紧张，因此在许多泵站附近已建有不少建筑物，处理不当，泵站的噪音、有害气体等将严重影响周围的环境，特别是会影响周边居民的正常生活，因此城市排水泵站必须考虑泵站的消音和除味问题，而城市排水泵站进水建筑物常常是封闭的，盖板上仅设一些通气孔。

(2)城市排水泵站进水系统应设置清污防污装置。雨污水泵站由于进水水质差，水中杂较多，不进行处理将会被吸进泵体，缠绕或卡住叶轮，造成水泵损坏，将会影响城市污水排放，后果严重。由于雨水的冲刷，不可避免地将城市路面的泥沙带入泵站，前池必须采取减淤防淤措施。由于前池常常是封闭的，应尽可能地减少前池的淤积量，减小清淤工作量。

(3)城市排水泵站通常要采取改善水力条件的工程措施。城市排水泵站大多采用沉井结构型式，前池面积一般较小，扩散角较大，扩散段较短，水流从进水管进入前池后突然扩散，易形成回流、旋涡等不良水流流态，也易造成泥沙淤积，降低水泵运行效率，因此，一般要对前池水流流态进行整流。

3.城市排水泵站节能机理

3.1 泵的效率与节能之间的关系

泵站工程的效率反映了设计、制造、选型、配套、施工、安装、使用和管理水平的综合技术经济指标。提高效率一直是广大科技人员追求的目的。《泵站技术规范》对轴流泵抽水装置在泵站设计工况下的效率提出了具体的要求:轴流泵抽水装置的效率不宜低于70%；然而，排水泵站的工作条件多变，水泵长期不能在设计工况运行，带来一系列问题。提高效率，节约能源、减少运行费用，是值得进行探讨的问题。

排水泵站大多采用扬程低，流量大的轴流泵，高效区通常比较窄，经常使用的工况点，一般偏离设计点较远，造成效率下降较多。这是因为对于城市排污泵站而言，设计扬程是按污水高峰期来确定的，但实际上城市排水泵站设计扬程是以抗御某一频率下可能出现的涝灾来确定的，因此在扬程设计上都留有较大的裕度，因而水泵大部分时间就要在远低于该水位的工况下运行。即使把设计点的效率提高很多，而节能却不显著。

根据以上分析，排涝泵站一般要与自排闸联合使用，在外江水位尚未来临或退潮之时靠开启自排闸自行排水，水位升高无法利用闸门排水时再靠水泵抽排，以节省能耗。闸门自排是最经济的运行方式，每排出一方水的耗能为零。

另外，在实际使用中常有在不必要的高扬程下运行而浪费能源的情况。如暴雨到来之前，由于担心泵站装机不足，无法及时排干水，就盲目开机预降水位，以腾空前池库容，这样，不仅增加了扬程，而且水泵在淹没深度很低时运行容易出现汽蚀。在暴雨季节，外江水位涨得很高，甚至超设计水位，此时若不停机，在这种高扬程工况下运行，所耗的电能比低扬程时要大很多。正确的做法是：暴雨季节，为减少洪涝损害，尽早排干水，通常要在电机不超载的前提下，按最大可能的出水量运行，这时泵站效率可能不高，但经济效益良好。

3.2扬程对节能的影响[3]

水泵泵水耗能跟扬程大小密切相关，扬程越高，泵机提升等量污水做功越多，耗能也越大。因此，在工况允许条件下要设法减小运行扬程。减小运行扬程的方法有如下几种：

（1）提高泵站前池运行水位

在所辖区域不渍水前提下，提高泵站前池起排水位。扬程将减小，单位时间内泵水耗能可减少。

（2）协调控制围堰闸高度

当泵站流量较大或后级泵站排水不畅时，出水管处会出现来不及排放从而形成污水倒流的现象，此时就需要提升围堰闸高度以防污水倒流。目前大多数城市排水泵站为人工看守，通常根据经验将围堰闸固定在某个高度，当流量较小且出水管处不会出现污水回流时，围堰闸仍继续保持该高度，势必产生无效扬程从而导致耗能增多。因此，在出水管处不形成污水回流的前提下，围堰闸的高度应根据实际流量大小及后级泵站水位状况协调控制。

（3）避免附加扬程

目前大多数排水泵站泵机仍采用恒速排水方式，这种方式下往往会出现过量排流的情况，即当流入水流量减小时继续大流量排水，导致排水池出现污水滞留现象，使得排水池水位升高，形成附加扬程，若采用调速均流排水方式，可减少或避免附加扬程的存在。

3.3 进（出）水池的设计对节能的影响

进水池设计不合理，不仅会增大进水池水损，改变水泵工作点，影响水泵效率，而且易在池内产生漩涡和回流，将空气带入水泵，使水泵产生振动和噪声。进水池节能改造的目的主要是减少水头损失，并使池中具有良好流态。进水池的形式较多，一般单机组泵站进水池宜选用半圆形或蜗壳形，其次为多边形。在多机组泵站中宜选用半椭圆形或多边形，且宜在各取水管之间设计隔墙。禁止选用圆形或矩形的进水池形式。

参考文献

[1]姚福来.泵站节能标准建立的必要性和可行性. 排灌机械.2004,22(6)：37－40

[2]王松汉.石油化工手册.北京：化学工业出版社，2002

[3].刘建军. 泵站设计中的节能措施. 兰州工业高等专科学校学报.2004,11(3):39－41