出流形式对能耗的影响

图8-44　出水池的改造方案

虚线—改造前的出水池；实线—改造后的出水池

出水池的出流形式有：淹没出流、自由出流、虹吸出流以及溢流堰出流等多种形式。图8-45（a）、（b）是淹没出流，它们是靠逆止阀或拍门来防止停泵后池中的水倒流而引起机组反转。但逆止阀和拍门的阻力损失都比较大。因此，设法取消逆止阀，并减小拍门的阻力损失，是淹没出流的主要节能措施。图8-45（c）、（d）是自由出流。其中图（c）为出水管口的下缘与出水池的最高水位齐平，不需设置拍门或逆止阀，水泵停机后，出水池中的水不会发生倒流现象，在运行中所损失的水头为D/2（其中D为管口直径）。对于管口较小的水泵，以及出水池水位稳定的泵站，可以采用这种出水形式。但是，若出水池水位变化幅度较大的泵站也采用这种出流形式，在水位降低后就会出现如图8-45（d）所示的“高射炮”式的出流形式。这种形式的损失扬程随管口与水面之间的高差增加而增加。因此，这种形式是应该尽量避免。

图8-45　出水池的出流形式(www.xing528.com)

（a）（b）淹没出流；（c）（d）自由出流；（e）（f）虹吸出流；（g）溢流堰出流

“高射炮”式的出流形式在中小型泵站中普遍存在。这种形式不仅会增加出水池的水头损失，而且会改变水泵的工作点，使装置效率下降。现以20ZLB-70型轴流泵为例，在净扬程为3.5m的淹没出流情况下，管路损失约为0.45m，总扬程则为3.95m，相应的流量为364L/s，功率为17.4kW，水泵效率为78.4%，管路效率η管=3.5/3.95=89%。若出水池效率约为100%，电动机效率为90%，则泵站效率约为62.8%，能源单耗为4.33kW/（kt·m）。如果采用“高射炮”式的自由出流，增加的扬程Δh出=1.37m，泵站的实际扬程为4.87m。若管路损失仍以0.45m计，则管路效率为η管=4.87/5.32=0.915=91.5%。但出水池的效率却由100%降低到3.5/4.87=71.87%。水泵的流量减少到282L/s，功率P=20.8kW，水泵效率降低到68.2%，若电动机的效率仍以90%计，则这种“高射炮”式自由出流形式的泵站效率只有40%，能源单耗为6.74（kW·h）/（kt·m）。每小时增加的耗电量ΔE：

一个月增加耗电量为4.09×30×24=2944.8（kW·h），增加电费1177.2（元）［其中电价按0.4元/（kW·h）计］，由此可见，这种“高射炮”式出流形式所引起的能量损失是不可低估的。

图8-45（e）、（f）为虹吸式出水形式。这种形式是用真空破坏阀在停机后使空气进入虹吸管的驼峰部分，破坏真空，截断水流，防止出水池中的水倒流。因此，这种形式的管路阻力较小，大型泵站应用较多，对于有一定水位变幅的中小型泵站也适用。对于“高射炮”式的自由出流形式，如果改为虹吸出流形式，则可以在土建工程基本不变的情况下达到节能目的。但在采用这种形式时，必须使虹吸管出口位于干渠最低水位以下，否则仍然不能充分利用虹吸作用来节约能量。应该指出，有的泵站虹吸管出口仍高于干渠最低水位，为了保证能形成虹吸，就在池中设坎或将出水池出口断面缩窄，以抬高出水池的水位。这种做法势必增加出水池的水头损失，很不经济。为了减少能量损失，可以加长虹吸管的下降段，使之淹没在最低水位以下。这种做法对于中小型排灌泵站倒是容易办到的。

图8-45（g）是一种溢流堰出流形式。这种形式适合于水位稳定的出水池。从管口流出的水是从溢流堰的三个方向溢入池中，在流速不大的情况下，水头损失也不会很大。但对水位变化很大的出水池，则仍然会在低水位时产生较大的水头损失。