提高泵站装置效率的方法与途径

2010-07-24孟维娟李建骏周春鹏

水利水电工程设计 2010年1期

孟维娟李建骏周春鹏

泵站装置效率是反映抽水设备及泵站各部分效率的综合指标。因此,提高泵站各部分的效率是提高装置效率的重要手段,也是提高泵站经济效益的有效途径。

大张庄泵站是天津市引滦入津工程明渠输水系统的一座重要提水泵站,担负着向海河补水、宜兴埠泵站供水以及排涝三大任务。该泵站共5台机组,总装机容量4 500 kW,设计扬程6.3 m,设计输水流量30 m3/s。安装5台18CJ-63立式轴流泵,配5台900 kW同步电动机。

1 提高水泵效率

水泵效率的高低与水泵的设计、制造水平、运行工况和使用场合等情况有关。一般可以从以下几个方面采取措施。

1.1 搞好扬程配套

有些泵站由于选型不当或受供货限制,使用扬程偏高的水泵,致使水泵长期处于低效区运行。为使扬程配套,提高水泵运行效率,对于离心泵和混流泵可用变速或车削叶轮的方法进行调整。对于轴流泵,当泵站的设计流量、设计扬程与水泵的额定流量、额定扬程相差较大时,可考虑对原有的水泵进行改造,采用重新设计的高速比叶轮替换原有低速比叶轮或更换水泵。也可以采用变频调速的方法对泵站进行改造。

大张庄泵站就存在选型不当,使用了扬程偏高的水泵,致使水泵长期处于低效区运行。为此进行了技术改造,具体做法是,计算出水泵在当前工况下的经济运行的叶片角度,通过调整水泵的叶片角度来提高水泵的效率。

1.2 提高水泵过流部分的光洁度

水泵过流部分包括叶轮、离心泵的泵壳、轴流泵的进水喇叭、导叶体和出水弯管等,其中叶轮是水泵的主要过流部件。实践证明,叶轮表面的光洁度直接影响水泵效率,如果水泵出厂时清砂除刺不彻底或长期使用受磨损,则叶轮表面粗糙,水泵效率会明显下降。为此,大张庄泵站2#水泵、3#水泵在大修的过程中,按叶片原来的曲线形状,用砂轮磨去叶片正反面或前后盖板表面的粗粒,并且用油石磨光；对已磨损的叶轮进行非金属材料的喷镀或涂敷修补,对其它过流部件也采取了同样的方法进行处理,明显提高了水泵效率。

1.3 保证安装质量

安装质量差会使水泵在运行过程中产生振动、漏气、漏水和轴承、添料的磨损等问题。它们会直接耗费动力,严重影响水泵效率,因此,管路安装要密封,支撑要牢固,防止管力传给水泵；轴承、添料安装要正确,在保证水泵不进气的情况下,应尽可能减小机械摩擦；轴流泵各叶片的安装角度应相等,否则会影响水泵效率。实验表明,轴流泵的叶片安装角相差1.5°时,水泵的效率会下降6%～7%；对于蜗壳式叶片泵,蜗壳轴线与叶轮轴线应保持重合,如严重偏离必须进行调整,否则会影响水泵的效率。

大张庄泵站2#水泵、3#水泵在大修的过程中,回装时特别注意了摆度的调整和同心度的调整,尽量减小水泵的振动,进行密封处理,叶角的核对,提高了水泵的效率。

1.4 控制密封间隙

离心泵和涡轮式混流泵长期使用后叶轮与密封环之间的径向间隙,叶轮外缘与泵壳的安装间隙会因磨损而增大,特别是从泥沙河流中取水的水泵磨损更快,致使水泵的流量损失增加,效率下降。因此,水泵在使用过程中,应定期检查泵的密封间隙,及时进行加工修整。

1.5 保持良好的进水流态

进水池流态不好,漩涡多,水泵会大量吸进空气,不仅减少流量,而且使水泵振动,产生噪音,降低水泵效率。因此,在水泵运行过程中应尽量保持进水池流态稳定。具体办法是使水泵吸水管有足够的淹没深度,进水池平面形式和尺寸设计要得当,或在吸水池水面上漂浮大块木板进行灭涡。在大张庄泵站的实际运行中,通过及时清理拦污栅上的杂草,保持进水池水流顺畅,这样就尽量增加了水泵吸水管的淹没深度。

2 提高动力机效率

2.1 合理配备功率

动力机和水泵在功率上必须合理配套。在计算水泵的配套功率时,动力机的备用系数不宜选用过大,否则,会引起动力机负载不足。动力机的负载不足时,会使电机的效率及功率因数明显下降。实践证明:当电机空载运行时效率为零,功率因数也很低,为0.2左右；电动机的效率和功率因数都随着负载的增加而提高,当电动机在额定负载下运行时,其效率和功率因数都达到最大值,一般为0.75～0.9,因此,电动机应避免空载运行,防止“大马拉小车”的现象。动力机只有满载或接近满载的情况下运行时,才有最好的经济性和动力性。对使用中的大机拖小泵或小机拖大泵的现象,均属动力配套不合理,应设法用水泵变速换机或换泵等方法解决。

大张庄泵站单台机组的额定功率为900 kW,而平时运行时,实际功率500 kW左右,明显属于“大马拉小车”,在输水流量允许的情况下,可以通过加大叶片角度,增加输水流量,来提高电机的效率。

2.2 控制温升

动力机周围的温度过高,会降低动力机的运行效率。因此,要注意泵站的通风散热,使动力机在规定的温升下进行。

3 提高传动效率

传动效率的高低与传动方式有关。联轴器的传动效率最高,但是,由于不能变速和改向以及制造低速动力机不够经济等原因,因而广泛使用受到限制,当采用皮带传动时,所选用的型号应符合要求,皮带轮直径要符合设计转速,严格按照皮带传动的要求去设计、安装,力求高效率传动。

4 提高管路系统效率

管路系统效率高低与管路的长度、直径、管材、管路附件的类型和数量以及流量等有关。一般采用下列措施来提高管路系统的效率。

4.1 缩短管路长度

在满足设计要求的情况下进出水管路的长度应最大限度地缩短。在管路的布置上可改折线为直线,以节省弯头,缩短管长。高扬程泵站,为了缩短出水管长度,可在有利地形处增设出水池,做到低水低用,高水高用。

4.2 采用经济管径

为了减少管路损失,水泵进出水管口径应采用经济管径,具体计算公式:

式中 D进——水泵吸水管的经济直径,m；

D压——水泵压力水管的经济直径,m；

Q吸——吸水管中流量,m3/s；

Q压——压力水管的最大流量,m3/s；

H——压力水管管段的径水头,m；

K——反映压力水管技术经济因素的计算系数,一般K=8～15。

对已投产使用的泵站,如果管径过小,可考虑按经济管径更换管路。

4.3 减少不必要的管路附件

由于管路附件的局部阻力系数很大,过多的管路附件会引起较大的局部扬程损失,消耗大量能源。小型泵站中的管路附件可大大简化,一般可以采用简易的充水装置,取消底阀,实现无底阀抽水,可在进口加装喇叭管,逆止阀可用轻便拍门代替,拍门可设置平衡锤,增大出水断面取消闸阀等措施,以减少管路局部扬程损失。

4.4 避免真空破坏阀漏气

对于虹吸式出流方式,如果 “驼峰”上的真空破坏阀漏气,就会人为地抬高了泵站的实际扬程,水泵的工作点向左偏移,水泵的流量减少,效率降低,同时由于出水池的水流紊乱,增加了池内的水头损失和出水池的长度。为了增大出水量,提高水泵效率,降低能源单耗,对于已建成的虹吸式出流的泵站,要采取措施,做好真空破坏阀的密封。

5 提高进水池的效率

泵站进出水池的水流条件的好坏,不仅关系到进出水池的高低,而且会影响到机泵等其它部分的效率,因为进水条件不良,会产生回流。漩涡,严重时会有涡带吸入进水管或水泵。出水条件不好,会加大水头损失,增加提水扬程。为了提高进出水池的效率,应注意以下几个向题:①在兴建泵站时,应选择合适的进出水池形状和尺寸、使之流态稳定,保证高效运行。②对已经建成的泵站,如果进出水池流态不稳,可在进出水管周围加装导流隔板,将进出水管口相互隔开,对每根进水管到池后壁的间距,也要用隔板封闭,防止水流互相串动,消除和减弱池中有害漩涡。③及时清除进水池中的污物和淤泥,以保证水流畅通,流态均匀。