提高水泵效率的主要措施
摘要:青藏铁路、西气东输、西电东送和南水北调工程是我国21世纪的4大工程。目前正在建设实施的南水北调工程是我国一项极具挑战性的基础设施工程，同时，南水北调东线工程也是我国水泵应用与发展的摇篮。现主要介绍了水泵效率、提高水泵的主要措施以及提高水泵效率的重要意义。
青藏铁路、西气东输、西电东送和南水北调工程是我国21世纪的4大工程。目前正在建设实施的南水北调工程是我国一项极具挑战性的基础设施工程，同时，南水北调东线工程也是我国水泵应用与发展的摇篮。南水北调东线泵站工程主要布置在东平湖以南，利用江苏省江水北调部分泵站工程，将水由长江抽送至东平湖.第一期工程共设13个梯级、34座泵站抽长江水入东平湖，其中利用江苏省江水北调工程现有6个梯级上的13座泵站(包括3座加固改造泵站)并新建21座泵站，总装机台数160台，以此共同完成向北调水任务。
南水北调工程是大规模长距离调水工程，泵站流量的变动范围大且频繁，年运行时间长，基本要求在5 000 h以上，因而对于降低运行成本，提高泵装置运行效率，提高泵站工程的
经济效益十分重要。
1、 水泵的效率
泵是一种能量转换机械，即通过动力设备将电能等能量型式转换为机械能，再将它施之于液体，使液体能量增加，从而达到提升或压送液体的目的的一种能量转换机械。
泵的运转需要有动力。一般情况下，泵的轴和带动泵轴运转的动力机直接相连，可将动力机的效率视为泵的输人功率，称为泵轴功率。泵在提升或压送液体过程中有能量损失，泵轴功率扣除能量损失，就是泵的叶轮传递给液体的功率，称为水功率。
因此水泵的有效功率总是小于泵轴功率。泵的有效功率与泵轴功率之比称为水泵的效率，它标志着水泵对能量的有效利用程度，是水泵质量的重要考核指标。水泵效率是衡量水泵工作效能高低的一项技术经济指标。
泵轴功率不可能全部传递给被输出的液体，其中必有一部分能量损失。水流流经水泵的吸人室、叶轮、压出室时产生各种水力损失，主要包括:水力损失、容积损失和机械损失。
1.1水力损失和水力效率
从水泵人口至出口过流部分的沿程水力损失，是水流与过流部件边壁间的摩擦阻力引起的损失。水力损失的大小决定于过流部件的形状尺寸、壁面光洁度和泵的工作情况，水力损失越大，泵扬程越小。设未考虑泵内损失时的扬程为理论扬程，则泵扬程与理论扬程之比，称为水力效率。
1.2容积损失和容积效率
由流道断面和方向变化而产生局部水力阻力造成的损失，是水流流经叶轮之后，有一小部分高压水经过泵体内间隙(如减漏环)和轴向力平衡装置(如平衡孔、平衡盘)泄漏到叶轮的进口，以及从轴封处泄漏到泵外，因而消耗的一部分能量。漏损流量q的大小与泵的结构形式、比转速及泵的流量大小有关。在吸人口径相同的情况下，比转速大的泵漏损流量小。对给定的泵，要降低漏损量，关键在于控制密封环与叶轮间的运转间隙量。漏损量越大，泵的出水量越小。泵出口实际流出的流量和泵进口的流量之比称为容积效率。
1.3机械损失和机械效率
水流在叶轮人口及出口处的撞击涡流损失，是叶轮在泵体内的液流中选装时，叶轮盖板外测与液体产生摩擦，泵轴转动时轴和轴封、轴承产生摩擦，因而消耗的一部分能量。叶轮
盖板摩擦损失与叶嘈内的水力损失就其本质来说没有什么不同，但它发生在叶潜外部，归属机械损失。在机械损失中，叶轮盖板的损失所占比例较大，尤其是低比转速的离心泵，盖板损失约占轴功率的10%以上。从泵的输人功率中扣除机械损失后，叶轮传给液流的功率称为水功率。泵轴功率和机械损失与轴功率之比称为机械效率。
1.4水泵的总效率
水泵效率等于水泵的机械效率、容积效率和水力效率的乘积，也等于水泵的有效功率(即水泵输出功率)和水泵轴功率(即水泵输人功率)之比。
2、 提高水泵效率的主要措施
水泵效率一般在65 % -90，大型泵可达90%以上。要提高水泵的效率，就要减少泵内的损失，即减少水力损失、容积损失和机械损失。
2.1减少水力损失
在提高水泵的效率中，其中以水力损失最为关键。水力损失的大小决定于过流部件的形状尺寸、壁面光洁度和泵的工作情况。水力模型决定了过流部件的形状尺寸，因此，水泵模型的选择是决定水利损失大小的最重要的因素;在模型选择上，务求所选水泵的额定流量、扬程与装置实际需要的流量、扬程相近，以减少扬程的浪费，并可提高水泵的运行效率。提高水泵壁面光洁度需要在水泵选用的材质、加工工艺、基础部件(轴封件和密封件)等方面加以改善和提高。要注意合理调节工况和加强维护管理，使水泵经常在高效率状态下工作，还应充分考虑到泵联合工作时的情形，尽量使水泵在联合工作时各种情形都保持高效，达到保证输水、灌溉、节约能源，降低成本和提高经济效益的目的。水泵效率的高低，在很大程度上和水泵的使用情况密切相关，如果维修和使用不当，即使制造出高效率的水泵，也达不到高效低耗经济运行的目的。
2.2减少容积损失
容积损失是指水在流经水泵后所漏损的流量，包括从口环间隙，水泵填料密封和叶轮平衡孔等处所流失的水量。对给定的泵，要降低漏损量，关键在于控制密封环与叶轮间的运转间隙量，确保水泵的密封可靠。目前，水泵多采用由动力密封和辅助密封组成的无泄露密封装置，替代了传统水泵的填料密封、机械密封，在解决“跑、冒、滴、漏”问题上效果显著。因此，要减少容积损失，除了保证安装质量外，水泵在密封方面的设计也很重要。
2.3减少机械损失
机械损失是水流在叶轮人口及出口处的撞击涡流损失，是叶轮在泵体内的液流中旋转时，叶轮盖板外测与液体产生摩擦，泵轴转动时轴和轴封、轴承产生摩擦，因而消耗的一部分能量。因此，在水泵实际运行中应尽力提高水泵效率。尽量减少在水泵把能量传给水的过程中存在着的各项能量损失，即从设计上就要十分重视叶轮入口和出口的设计，并需要通过模型试验进行复核和优化，减少水流在叶轮人口和出口处的撞击涡流损失，并尽可能地减少由于泵轴转动所产生的摩擦损失。
3、 水泵效率是水泵选型的重要因素
南水北调工程是大规模长距离调水工程，水泵在南水北调东线工程中得到广泛应用。泵站流量的变动范围大且频繁，年运行时间长，基本要求在5 000 h以上，因而对于降低运行成本，提高泵装置运行效率，提高可靠性最为重要。
南水北调东线第一期工程的提水泵站扬程在2-7 m左右，均属于低扬程泵站，适用的水泵泵型主要有贯流泵、混流泵和轴流泵。在轴流泵、混流泵和贯流泵中，轴流泵具有低扬程、大流量的特点。而混流泵的流量比轴流泵小，扬程比轴流泵高。另外，混流泵还具有其他的一些优势，比如效率较高，效率区较宽广;流量变化时，轴功率变化较小，动力机可持续处于满载运行;抗汽蚀性能较好，运行平稳，工作范围广，在需要小流量的场合可连续运装等。贯流式装置采用灯泡贯流泵，装置效率高，进出水流道与泵机组轴线一致，进出水流道比较顺直，水力损失小、过流能力大、机组结构紧凑、水工布置简单、土建投资少。
根据以上特点，在东线泵站的泵型选择中，由于轴流泵低扬程、大流量的特点比较突出，而贯流泵装置效率高，土建费用较省，因此以选择轴流泵和贯流泵为主，对于7m以上的泵
站，则考虑混流泵。
根据东线泵站工程的实际情况，初步确定了东线泵站工程21座泵站的型式:2座泵站选择了立式混流泵，如宝应站和唯宁二站;8个泵站选择了灯泡贯流泵，如淮安四站、韩庄站;11个泵站选择了立式轴流泵，如刘山站、万年闸站。
