泵站与节能
水泵节能技术在我国已应用多年，其途径有两类，一是改进水泵结构，
这是水泵生产厂要研究的，目前我国的水泵制造技术在国际上不算落
后，大型水泵、低噪声的效率和功耗有的可以和进口水泵相抗衡。二
是提高控制水平，这是使用单位经常应用的，最早的控制方法就是通
过关闭阀门、降低输出来减少功耗，后来，也就是在80年代末，我国
引进了“变频器”控制技术，此时水泵节电技术得到突破性进展，到
90年代末，“水泵节电器”控制技术像雨后春笋遍布神州大地，鱼目
混珠的产品也铺天盖地而来，例如干扰电表、降压运行等等欺骗手段
遍布大街小巷.
进入新世纪以后，真正的“水泵智能控制系统”不再是“变频器”
控制技术的演变。在有效利用变频器的同时，水泵节电控制技术还加
入了PLC 、人机界面、滤波等等，都加入其中，使水泵节电更具科学
化、智能化。
给水系统应符合技术先进，经济合理的基本原则。以效益为中心，
优质供水为准绳的铁路给水系统是铁路运输和生产生活的重要保证。
因此，随着铁路运输事业的不断发展与居民生活水平的不断提高，各
种用水设施的逐步增多，用水需求持续增长，近年来，给水系统不断
地发展和扩建，在其能力不断扩充的同时，要注意高效节能，在这个
过程中，要不断进行节能方案的选择，并予以实施。
一、给水系统节能方案选择的理论基础
运用基本理论对给水站的经济运行进行正确评价，是给水站节能的先决条件。而给水站能耗的核心——水泵机组，是一种高耗能生产设备。铁道部第104号令《铁路给水管理规程》中，专门对水泵应在高效区运行作了规定。但仅此还远远不够。因为水泵是否在高效区运行并不能一定使整个给水系统达到了高效节能的目的，给水系统是综合性的课题，因此，必须进行更深一步的分析探讨。
针对北方铁路给水站多是以管井为水源的给水站，因其一般无复杂的水处理环节，其给水能耗最终往往归结于电能的消耗，所以主要能耗为给水泵站的电耗。
为进一步说明问题，将泵站电耗与水泵做功之间的能量关系进行比较，经推导后，用如下公式表示：
泵站电耗(kWh)：Ｅ＝γＱt Ｈ静／（102×3600η站）
式中：
γ ：水的重度, 单位：1000kg/ m3
Ｑ ：水泵扬水量, 单位：m 3/h
t : 扬水时间，单位：h
Ｈ静 ：水泵扬水静扬程, 单位：m
η站 ：泵站效率，
电系 由五部分组成即η
η电系 η动η传η泵η管 ：供配电系统的效率
η动：电动机效率
η传：传动效率
η泵：水泵效率
η管：管路效率，其值为H 静/H总 ，H 总=H静+H动
因而，节电是节能的主要工作之一，节能方案选择的出发点应紧紧围绕泵站的效率问题，同时考虑各部分效率之间的相互影响。而给水系统不断地扩建，将导致各部分效率之间的变化。这就要求以基本理论来研究问题，选择节能方案。
选择实施节能方案需突出从以下几方面进行分析研究：
１、
２、
３、 泵型是否已属国家明文公布为淘汰产品。 机组配套是否合理，传动方式及效率如何。 水泵机组吸、扬水管路能力及效率如何，布置是否合理。吸水管是否有良好的吸水条件，流速是否符合要求。
４、 管网的通水能力如何，能否满足用水要求，是否经济运行，是否需要实施改造。
５、
合分析。
除上述内容以外，合理调控给水运行方式可以达到节电、节支，降低供水成本的目的，通过分析运行方式是否科学合理，能否最优化满足运用水泵工况点理论对水泵机组是否在高效区运行进行综
供水需求，制定合理的供水运行方案，避免电能不必要的浪费，而且在降低供水成本上还会产生一定综合效益。
当然，要全面地分析给水系统还要运用到很多基础理论，诸如水力学、叶片泵理论、泵站工程学、供水运行等学科。
二、正确选择节能方案
要针对给水系统技术经济分析结果选择不同的节能方案，而且节能方案要从整个系统综合考虑，以期用有限的资金发挥最大的效益。 １、 单项节能方案的选择
①淘汰高耗能设备，合理配套，降低各种损耗。大胆采用新型设备，如高效供配电设备、高效水泵等。小型泵的传动轴，要采用刚性连轴，传动效率可达100%；变压器、电机、水泵要合理配套；努力降低变损、线损、传动损耗、水泵机械损耗等。
②对于水泵实际运行工作点偏于额定工作点右侧较远处，即流量超过额定流量，实际扬程偏低，动力机超载, 可以采用车削叶轮或降低水泵转速的方法，但车削和调速范围不能过宽，否则反而耗能增高。多级潜水泵可考虑拆除一、两级叶轮的方法。
③当水泵实际工作点偏离水泵额定工作点左侧时，可采用管路改造方案，以减少管路阻力，这样不仅提高了管路效率而且同时提高了水泵效率，节能效果明显。
④吸、扬水管路的改造策略：吸水管吸水条件不好，安装不合理，对水泵的出水量和效率影响很大，应尽量减少吸水管的水头损失。扬水管的流速、压力分布不均，水头损失大，会增加能耗，影响并降低
水泵效率。管路改造方案常见的有：合理布置吸、扬水管道，改变进、出水流态，减少弯头数，缩短管道途径，改变管道直径，取消不必要的阀件（如底阀，逆止阀等）。
⑤水泵换型节能潜力很大，如其他改造无效，在技术经济比较前提下，考虑更换水泵叶轮或水泵换型的可行性。
⑥管网的扩能提效以及局部管网的改造要以技术经济计算为依据，合理实施，做到即满足用水需求又高效节能。
⑦优化运行方案，通过调整运行方案以降低水泵的运行扬程，可达到节能目的。
２、 综合性节能方案
泵站的电能消耗公式Ｅ＝γＱt Ｈ静／102×3600η站，其意义就是在γ
Ｑt Ｈ静一定的情况下，η站越高，节能效果越好。而η站是由η电系η动η传η泵η管五部分组成，其中任何一部分的性能变化，都可能引起相
关部分效率的变化以及流量、扬程、运行时间的变化。因而给水系统节能往往不是单项节能方案所能解决的，因而采取综合性的节能方案，会有更好的效果。
综合性节能方案要考虑各部分效率之间的相互影响，同时对水泵、管路等部分进行综合改造以达到最佳的节能效果。
例如，当水泵工作点偏离额定工作点左侧时，水泵超扬程运行，管道水头损失大，此时，应首先考虑管路的改造，管路改造后，管路效率提高，扬程降低，但有时又可能会导致水泵工作点偏右，水泵效率有可能因此降低，为此还要继续采取改造水泵的措施，这样水泵与
管路效率均得到提高，从而取得更加显著的节能效果。
选择节能方案还要注意不能单纯头痛医头、脚痛医脚，要综合考虑，达到标本兼治，这关键是要能对症下药，对于不论是单项的还是综合性的节能方案的实施，都要进行电耗计算，以及各方案投资的估算，进行深入的技术经济比较，从中选择技术先进，经济合理，节能效果好的方案予以实施。
三、节能方案实践的典型例证
近几年，临汾水电段给水工程技术人员通过分析研究，选择并实施了多项节能改造方案。为方便读者的阅读了解，在此，首先将临汾给水站的基本情况做一简要说明：临汾水电段临汾给水站是南同蒲最大的给水站之一，担负着23对旅客列车的上水任务，以及临汾站区各生产单位、职工住宅的生产、生活供水任务。临汾给水站现有深井16眼，日供水量10000余立方米， 9眼井水量汇入加压站清水池后，经加压进入管网，另7眼井水量直接进管网，此外还有购水水源二处，经加压站加压后，作为临汾水源的补充调配水源。室外给水管网总长40余公里，错综复杂。年扬水耗电350万kWh ，挖潜提效的潜力很大。
节能方案的实施示例如下：
１、 细致分析，勇于技改
临汾加压站始建于1986年，原加压泵站的吸、扬水管布局不合理，吸程过长，造成水泵偏离高效区左侧运行，流量小，效率低，启动困难，操作不便，确认为η泵η管两项效率十分低下，通过对这两项
效率之间相互影响、相互制约的关系来进行认真的技术经济分析，选择了如下改造方案，并于1996年，实施改造。采取了改造吸、扬水管与降低水泵安装高度的综合方案，合理布置了吸、扬水管，缩短了吸水管道，拆除了吸水管上各交连φ300电动阀门三组，减少弯头数，同时将水泵机组由地平向下落深1.2米，泵站由地上式改为半地下式。水泵出水量增加，节能效果十分显著：流量由改造前的180m 3/h增加到270m 3/h，扬水千吨水耗电由235kWh 降低到199kWh 。机组效率由52%提高到64%。每年可节电6万余kWh 。所拆下的阀门、管件另做他用，直接见效数万元。
２、 小改小革，积少成多
临汾4号井潜水泵内井泵管长98米，管径为75mm ，出水量54m 3/h，流速超过3m/s，水头损失达32米，造成水泵运行扬程高，能耗高，分析为η管低，方案选择为：投资6000元，更换扬水管管径100mm ，
水头损失降到7.95米, 采用了上述方案进行改造，效果显著，水泵运行扬程降低了24米。但造成水泵工作点偏离高效点右侧，效率下降，随之对水泵进行了换型，不仅流量仍有保证，而且千吨水耗电由820kWh 降至697 kWh，每千吨水节电达123kWh ，每年节约电能8万余kWh 。
原5号、6号井潜水泵工作点在额定工作点左侧，实际扬程超过额定扬程，流量不足，而由于2000年初扩建水源，新建13号、14号深井的水量并入原5号、6号井的扬水管道，进而使得扬水管路能力不足，损失增大，扬程增高，水泵出水量减少，管道与水泵效率η泵η管
急剧下降。通过实施以下方案，将既有一段长422米的ф150管道改造为ф200管道，水头损失降低23米，大大提高局部给水管道运行效率，改造后，经测算年节约电能10万kWh 。
所以说，工程技术人员要多想一想、算一算，投入多少，效益多少，不要主观认为小改小革，意思不大，往往很小的投入可获得意想不到的效果，更何况可以汇小流以成江海。所以一定要开动脑筋，精打细算，小改小革，积少成多。
给水系统各部分之间是相互协调，紧密配合的，各个环节的功能的发挥，效益的高低，可靠的程度是一个有机的整体。在给水系统扩建中，往往对这一有机整体的造成负面影响，因而要不断分析研究，实施各部分的节能改造，才能达到最佳的节能效果，因此给水工作者必须以效益为中心，以综合的观点和发展的眼光对待给水系统的节能工作，必须通过深入研究，全面认识各种节能方案，不断地提出局部性、全局性和综合性节能方案，加以实施，才能以优质高效的设备来保障铁路运输生产、生活不间断的供水。
泵站与节能
水泵节能技术在我国已应用多年，其途径有两类，一是改进水泵结构，
这是水泵生产厂要研究的，目前我国的水泵制造技术在国际上不算落
后，大型水泵、低噪声的效率和功耗有的可以和进口水泵相抗衡。二
是提高控制水平，这是使用单位经常应用的，最早的控制方法就是通
过关闭阀门、降低输出来减少功耗，后来，也就是在80年代末，我国
引进了“变频器”控制技术，此时水泵节电技术得到突破性进展，到
90年代末，“水泵节电器”控制技术像雨后春笋遍布神州大地，鱼目
混珠的产品也铺天盖地而来，例如干扰电表、降压运行等等欺骗手段
遍布大街小巷.
进入新世纪以后，真正的“水泵智能控制系统”不再是“变频器”
控制技术的演变。在有效利用变频器的同时，水泵节电控制技术还加
入了PLC 、人机界面、滤波等等，都加入其中，使水泵节电更具科学
化、智能化。
给水系统应符合技术先进，经济合理的基本原则。以效益为中心，
优质供水为准绳的铁路给水系统是铁路运输和生产生活的重要保证。
因此，随着铁路运输事业的不断发展与居民生活水平的不断提高，各
种用水设施的逐步增多，用水需求持续增长，近年来，给水系统不断
地发展和扩建，在其能力不断扩充的同时，要注意高效节能，在这个
过程中，要不断进行节能方案的选择，并予以实施。
一、给水系统节能方案选择的理论基础
运用基本理论对给水站的经济运行进行正确评价，是给水站节能的先决条件。而给水站能耗的核心——水泵机组，是一种高耗能生产设备。铁道部第104号令《铁路给水管理规程》中，专门对水泵应在高效区运行作了规定。但仅此还远远不够。因为水泵是否在高效区运行并不能一定使整个给水系统达到了高效节能的目的，给水系统是综合性的课题，因此，必须进行更深一步的分析探讨。
针对北方铁路给水站多是以管井为水源的给水站，因其一般无复杂的水处理环节，其给水能耗最终往往归结于电能的消耗，所以主要能耗为给水泵站的电耗。
为进一步说明问题，将泵站电耗与水泵做功之间的能量关系进行比较，经推导后，用如下公式表示：
泵站电耗(kWh)：Ｅ＝γＱt Ｈ静／（102×3600η站）
式中：
γ ：水的重度, 单位：1000kg/ m3
Ｑ ：水泵扬水量, 单位：m 3/h
t : 扬水时间，单位：h
Ｈ静 ：水泵扬水静扬程, 单位：m
η站 ：泵站效率，
电系 由五部分组成即η
η电系 η动η传η泵η管 ：供配电系统的效率
η动：电动机效率
η传：传动效率
η泵：水泵效率
η管：管路效率，其值为H 静/H总 ，H 总=H静+H动
因而，节电是节能的主要工作之一，节能方案选择的出发点应紧紧围绕泵站的效率问题，同时考虑各部分效率之间的相互影响。而给水系统不断地扩建，将导致各部分效率之间的变化。这就要求以基本理论来研究问题，选择节能方案。
选择实施节能方案需突出从以下几方面进行分析研究：
１、
２、
３、 泵型是否已属国家明文公布为淘汰产品。 机组配套是否合理，传动方式及效率如何。 水泵机组吸、扬水管路能力及效率如何，布置是否合理。吸水管是否有良好的吸水条件，流速是否符合要求。
４、 管网的通水能力如何，能否满足用水要求，是否经济运行，是否需要实施改造。
５、
合分析。
除上述内容以外，合理调控给水运行方式可以达到节电、节支，降低供水成本的目的，通过分析运行方式是否科学合理，能否最优化满足运用水泵工况点理论对水泵机组是否在高效区运行进行综
供水需求，制定合理的供水运行方案，避免电能不必要的浪费，而且在降低供水成本上还会产生一定综合效益。
当然，要全面地分析给水系统还要运用到很多基础理论，诸如水力学、叶片泵理论、泵站工程学、供水运行等学科。
二、正确选择节能方案
要针对给水系统技术经济分析结果选择不同的节能方案，而且节能方案要从整个系统综合考虑，以期用有限的资金发挥最大的效益。 １、 单项节能方案的选择
①淘汰高耗能设备，合理配套，降低各种损耗。大胆采用新型设备，如高效供配电设备、高效水泵等。小型泵的传动轴，要采用刚性连轴，传动效率可达100%；变压器、电机、水泵要合理配套；努力降低变损、线损、传动损耗、水泵机械损耗等。
②对于水泵实际运行工作点偏于额定工作点右侧较远处，即流量超过额定流量，实际扬程偏低，动力机超载, 可以采用车削叶轮或降低水泵转速的方法，但车削和调速范围不能过宽，否则反而耗能增高。多级潜水泵可考虑拆除一、两级叶轮的方法。
③当水泵实际工作点偏离水泵额定工作点左侧时，可采用管路改造方案，以减少管路阻力，这样不仅提高了管路效率而且同时提高了水泵效率，节能效果明显。
④吸、扬水管路的改造策略：吸水管吸水条件不好，安装不合理，对水泵的出水量和效率影响很大，应尽量减少吸水管的水头损失。扬水管的流速、压力分布不均，水头损失大，会增加能耗，影响并降低
水泵效率。管路改造方案常见的有：合理布置吸、扬水管道，改变进、出水流态，减少弯头数，缩短管道途径，改变管道直径，取消不必要的阀件（如底阀，逆止阀等）。
⑤水泵换型节能潜力很大，如其他改造无效，在技术经济比较前提下，考虑更换水泵叶轮或水泵换型的可行性。
⑥管网的扩能提效以及局部管网的改造要以技术经济计算为依据，合理实施，做到即满足用水需求又高效节能。
⑦优化运行方案，通过调整运行方案以降低水泵的运行扬程，可达到节能目的。
２、 综合性节能方案
泵站的电能消耗公式Ｅ＝γＱt Ｈ静／102×3600η站，其意义就是在γ
Ｑt Ｈ静一定的情况下，η站越高，节能效果越好。而η站是由η电系η动η传η泵η管五部分组成，其中任何一部分的性能变化，都可能引起相
关部分效率的变化以及流量、扬程、运行时间的变化。因而给水系统节能往往不是单项节能方案所能解决的，因而采取综合性的节能方案，会有更好的效果。
综合性节能方案要考虑各部分效率之间的相互影响，同时对水泵、管路等部分进行综合改造以达到最佳的节能效果。
例如，当水泵工作点偏离额定工作点左侧时，水泵超扬程运行，管道水头损失大，此时，应首先考虑管路的改造，管路改造后，管路效率提高，扬程降低，但有时又可能会导致水泵工作点偏右，水泵效率有可能因此降低，为此还要继续采取改造水泵的措施，这样水泵与
管路效率均得到提高，从而取得更加显著的节能效果。
选择节能方案还要注意不能单纯头痛医头、脚痛医脚，要综合考虑，达到标本兼治，这关键是要能对症下药，对于不论是单项的还是综合性的节能方案的实施，都要进行电耗计算，以及各方案投资的估算，进行深入的技术经济比较，从中选择技术先进，经济合理，节能效果好的方案予以实施。
三、节能方案实践的典型例证
近几年，临汾水电段给水工程技术人员通过分析研究，选择并实施了多项节能改造方案。为方便读者的阅读了解，在此，首先将临汾给水站的基本情况做一简要说明：临汾水电段临汾给水站是南同蒲最大的给水站之一，担负着23对旅客列车的上水任务，以及临汾站区各生产单位、职工住宅的生产、生活供水任务。临汾给水站现有深井16眼，日供水量10000余立方米， 9眼井水量汇入加压站清水池后，经加压进入管网，另7眼井水量直接进管网，此外还有购水水源二处，经加压站加压后，作为临汾水源的补充调配水源。室外给水管网总长40余公里，错综复杂。年扬水耗电350万kWh ，挖潜提效的潜力很大。
节能方案的实施示例如下：
１、 细致分析，勇于技改
临汾加压站始建于1986年，原加压泵站的吸、扬水管布局不合理，吸程过长，造成水泵偏离高效区左侧运行，流量小，效率低，启动困难，操作不便，确认为η泵η管两项效率十分低下，通过对这两项
效率之间相互影响、相互制约的关系来进行认真的技术经济分析，选择了如下改造方案，并于1996年，实施改造。采取了改造吸、扬水管与降低水泵安装高度的综合方案，合理布置了吸、扬水管，缩短了吸水管道，拆除了吸水管上各交连φ300电动阀门三组，减少弯头数，同时将水泵机组由地平向下落深1.2米，泵站由地上式改为半地下式。水泵出水量增加，节能效果十分显著：流量由改造前的180m 3/h增加到270m 3/h，扬水千吨水耗电由235kWh 降低到199kWh 。机组效率由52%提高到64%。每年可节电6万余kWh 。所拆下的阀门、管件另做他用，直接见效数万元。
２、 小改小革，积少成多
临汾4号井潜水泵内井泵管长98米，管径为75mm ，出水量54m 3/h，流速超过3m/s，水头损失达32米，造成水泵运行扬程高，能耗高，分析为η管低，方案选择为：投资6000元，更换扬水管管径100mm ，
水头损失降到7.95米, 采用了上述方案进行改造，效果显著，水泵运行扬程降低了24米。但造成水泵工作点偏离高效点右侧，效率下降，随之对水泵进行了换型，不仅流量仍有保证，而且千吨水耗电由820kWh 降至697 kWh，每千吨水节电达123kWh ，每年节约电能8万余kWh 。
原5号、6号井潜水泵工作点在额定工作点左侧，实际扬程超过额定扬程，流量不足，而由于2000年初扩建水源，新建13号、14号深井的水量并入原5号、6号井的扬水管道，进而使得扬水管路能力不足，损失增大，扬程增高，水泵出水量减少，管道与水泵效率η泵η管
急剧下降。通过实施以下方案，将既有一段长422米的ф150管道改造为ф200管道，水头损失降低23米，大大提高局部给水管道运行效率，改造后，经测算年节约电能10万kWh 。
所以说，工程技术人员要多想一想、算一算，投入多少，效益多少，不要主观认为小改小革，意思不大，往往很小的投入可获得意想不到的效果，更何况可以汇小流以成江海。所以一定要开动脑筋，精打细算，小改小革，积少成多。
给水系统各部分之间是相互协调，紧密配合的，各个环节的功能的发挥，效益的高低，可靠的程度是一个有机的整体。在给水系统扩建中，往往对这一有机整体的造成负面影响，因而要不断分析研究，实施各部分的节能改造，才能达到最佳的节能效果，因此给水工作者必须以效益为中心，以综合的观点和发展的眼光对待给水系统的节能工作，必须通过深入研究，全面认识各种节能方案，不断地提出局部性、全局性和综合性节能方案，加以实施，才能以优质高效的设备来保障铁路运输生产、生活不间断的供水。