给水水泵节能技术研究与应用

2013-12-13范华

机械管理开发 2013年6期

关键词：扬程型号并联

范华

（大同煤矿集团供水分公司，山西大同 037003）

1 概况

同煤集团供水分公司成立于1991年3月，担负着集团公司工业生产用水和60万职工家属生活用水的供水任务，日供水量8万m3左右。

目前，供水分公司拥有时庄、下窝寨2个自备水源地；拥有200 mm以上的主管线190多km；建有水厂3座，加压站18座，减压站2座，拥有机电设备500多台，年总耗电量达45 000 MWh，是名符其实的用电大户，具有很大的节电潜力。

2 问题研究

我们成立了技术攻关小组，通过大量的摸底、分析、研究，决定对那些落后陈旧运行效率低及运行不合理的水泵，采用先进技术和设备，进行科学合理的技术改造和更新，在分析和研究过程中，发现水泵运行存在以下三种问题：

第一种问题：多台泵并联运行，每台泵都不能充分发挥其功效，流量均有不同程度的减少，属于此种情况的有机厂加压站各个泵。

第二种问题：并联运行的水泵扬程相差太大，致使低扬程水泵不能发挥作用，属于此种情况的有四老沟加压站2号、3号、4号泵。

第三种问题：扬程过高，电机功率过剩，属于此种情况的有煤峪口、狼儿沟、时庄、雁崖、挖金湾加压站。

下面分别举例加以说明：

第一种问题：机厂加压站1号、2号、3号泵的型号为200D-65×2，流量为280 m3/h，扬程为130 m。根据2002年4月3日测试，测得3号泵单泵运行的流量为394 m3/h，2号、3号泵联合运行时3号泵的流量为360 m3/h，为单泵运行时流量的91.4%，单泵流量有 8.6%减少，同时测得双泵并联运行时的压力为0.66 MPa，而泵的扬程为130 m，有将近50 m扬程的浪费，由此造成工况点不在高效区，也达不到最高效率的90%。

第二种问题：四老沟加压站原1号、5号泵的型号为200D-65×2，流量为280 m3/h，扬程为130 m。2号、3号、4号泵的型号为8sh-6，流量为234 m3/h，扬程为93.5 m。2000年11月测得4台泵（3台8sh-6，1台200D-65×2）联合运行时4号泵的流量为103 m3/h，为单泵额定流量（234 m3/h）的44%，为单泵实测流量（355 m3/h）的29%。由此可见，联合运行的水泵扬程相差太大，低扬程的水泵远远不能发挥其作用，造成工况点不在高效区，也达不到最高效率的90%。

第三种问题：狼儿沟加压站原1号、4号泵的型号为6sh-6，流量为162 m3/h，扬程为78 m，电机功率为55 kW，效率为74%。

在对1号、4号水泵进行技术测定时，发现2台水泵的工况点都不在经济运行范围内，见表1。

表1 各泵工况点的流量、扬程、电机功率、效率表

由表1中可见各水泵运行效率均低于水泵最高效率的90%，即74%×90%＝66.6%，最低效率仅为14.99%，仅是最高效率的20.26%，另外，电机均超负荷运行，这对电机使用寿命影响极大。

3 节能技术研究改造内容

在分析、研究水泵运行存在上述三种问题情况下，我们决定对其进行改造，具体改造内容如下：

3.1 合理选用水泵运行方式的技术改造内容

1）机厂加压站的改造内容如下：以一台型号为12sh-6A，流量为756 m3/h，扬程为78 m，功率为260 kw，效率为82%的泵代替了原二台型号为200D-65×2，流量为280 m3/h，扬程为130 m，电机功率为180 kW，效率为68%的泵。

2）四老沟加压站的改造内容如下：以二台型号为200S-95，流量为280 m3/h，扬程为95 m，功率为110 kW，效率为77%的泵代替二台型号为200D-65×2，流量为280 m3/h，扬程为123 m，电机功率为190 kW，效率为68%的泵。

3.2 合理选用水泵的技术改造内容

1）煤峪口加压站的改造内容如下：以二台型号为150S-78A，流量为180 m3/h，扬程为55 m，电机功率为45 kW，效率为77%的泵代替二台型号为6DA-8×5，流量为144 m3/h，扬程为140 m，电机功率为100 kW，效率为70%的泵。

2）狼儿沟加压站的改造内容如下：以二台型号为8BA-18，流量为285 m3/h，扬程为18 m，电机功率为22 kW，效率为83.7%的泵代替二台型号为6Sh-6，流量为162 m3/h，扬程为78 m，电机功率为55 kW，效率为72%的泵。

3）时庄水厂的改造内容如下：以一台型号为8Sh-13A，流量为270 m3/h，扬程为36 m，电机功率为37 kW，效率为83.5%的泵代替一台型号为8Sh-6，流量为234 m3/h，扬程为93.5 m，电机功率为100 kW，效率为73.5%的泵。

4）雁崖加压站的改造内容如下：以一台型号为8BA-18，流量为285 m3/h，扬程为18 m，电机功率为22 kW，效率为83.7%的泵代替一台型号为D280-43×3，流量为280 m3/h，扬程129 m，电机功率为160 kW，效率为80%的泵。

5）挖金湾加压站改造的内容如下：以一台型号为8BA-18A，流量为260 m3/h，扬程为15.7 m，电机功率为18.5 kW，效率为83.5%的泵代替一台型号为6DA-8×4，流量为144 m3/h，扬程为112 m，电机功率为100 kW，效率为71%的泵。下面将改造前后水泵运行参数汇总见表2。

表2 改造前、后水泵运行参数情况表

由上表可以看出，对于运行方式不合理的前3台水泵改造后，解决了多台泵并联运行时每台泵不能充分发挥其功效和扬程相差太多低扬程水泵不能充分发挥作用的问题，对于存在扬程过高的后7台水泵改造后，水泵的扬程、电机功率均有明显地降低与减少，水泵扬程最多的降低了111 m，电机功率最多的减少了138 kW。另外，效率都有了明显的提高，平均提高了9.7%，达到了改造的目的。

4 选型设计

4.1 泵的流量计算

在选择水泵时，为了保证在任何情况下都能满足用户对用水量的要求，水泵的供水能力必须以满足最高日、最高时用水量为依据。另外，水泵的选择还必须考虑水泵的运行方式，是单泵运行还是多台泵并联运行等因素。

4.2 泵扬程的确定

水泵的扬程是指单位重量的水通过水泵后获得的能量的增加值。水泵的扬程应是指吸水高度、输水高度以及管路的总水头损失（包括吸水、输水管路的沿程和局部水头损失）。为使水流有一定压力出流，还要提供一些富裕水头。这些数值的总和即为水泵的总扬程。H＝H1＋ H2＋ h1+ h2+(1-2) （式中各量的含义下文标明）

4.3 必须的电动机容量

水泵的流量、扬程确定后，就可确定必须的电动机容量。Nd＝ KPgQH／1 000×3 600×η×ηc（式中各量的含义下文标明）

水泵流量、扬程、必须的电动机容量，运行方式确定后，就可选用合适的水泵，选择水泵时尽量选用高效新型水1泵。目前，水泵最高效率可达84%以上，效率可提高0%以上。

4.4 下面以机厂加压站为例，进行实际选泵设计

4.4.1 概况及存在问题

机厂加压站原向白家湾加压站及中央机厂送水的泵有7台，型号为200D－65×2，供水情况是（以1999年1－6月份运行记录为依据），每天2台泵联合运行的时间为11.75 h。经实测两台泵并联运行时，单台泵出水量为原来的91.4%，3台泵并联时，单台泵的出水量为原来的83.7%。也就是说，并联的泵越多，出水量并不是成正比增加，参与并联运行的水泵的排水量要比其单独工作时的排水量小。另外，机厂与白家湾高差55 m，两台泵并联运行的实际工作压力为0.66 MPa，而泵的扬程为130 m，存在严重的浪费现象。

4.4.2 选泵设计

4.4.2.1 水泵的流量计算

根据机厂加压站1999年、2000年、2001年、2002年运行记录，发现最高日、最高时的需水量为740 m3。

4.4.2.2 水泵扬程的确定

水泵的总扬程为

式中：H1为水泵吸水高度。因我公司各加压站均是正压输水，所以不存在吸水高度，H1＝0；H2为水泵输水高度，机厂加压站水泵泵轴至白家湾加压站最高水位是57 m，H2＝57 m；h1为吸水管路的沿程和局部水头损失（m），由于吸水管路很短可忽略不计；h2为输水管路的沿程和局部水头损失（m）。

一般局部水头损失可按沿程损失的0.1倍计算，沿程损失等于千米损失×沿程距离，这里千米损失等于3.04 m，沿程距离等于4.7 km，所以h2等于1.1×3.04×4.7＝15.7 m。

所以H＝57＋15.7＋2＝74.7（m）

4.4.2.3 必须的电动机容量

式中： Nd为电动机必须的容量， kW；P为水密度（kg／m3），取P＝1 000 kg／m3；g为重力加速度，取g＝9.8kg.m／S2；Q为工况流量，m3／h，取Q＝750 m3／h；H为工况扬程，m，取H＝75 m；η为泵工况效率，取N＝0.84；ηc为传动效率，取Nc＝0.98；K为富裕系数，取K＝1.1。

所以Nd＝1.1×1×103×9.8×750×77／1 000×3 600×0.84×0.98＝210（kW）。

根据以上数据和产品目录，选泵型号12SH－6A，流量，756 m3／h，扬程78 m，电机功率260 kW。运行方式为单泵运行。