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

　　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