泵站节能技术改造与研究

屈运宇，杨 攀

（巴陵石化供排水事业部，湖南岳阳 414014）

泵站节能技术改造与研究

屈运宇，杨 攀

（巴陵石化供排水事业部，湖南岳阳 414014）

分析了某车间泵站运行中存在的问题，提出了泵站节能改造的途径和方法，研究了水泵叶轮改造在泵站节能的应用问题，对从事泵装置的设计、运行和节能改造具有一定的指导意义。

泵站；节能改造；叶轮；水力设计

1 泵站概述

某污水处理车间泵站现有8台离心水泵，全部并联运行。泵站正常运行台数为1－2台，流量800－1 200 m3／h之间，正常工作压力为0.15－0.23 MPa。由于受管道设计压力（0.3 MPa）限制，允许最大工作压力为0.25 MPa，最大流量为2000 m3／h左右，泵组的性能参数见表1。泵站有DN600出水管路2条（其中1条长期停运）、DN800出水管路1条，并联运行，也可单管运行。管路系统参数见表2。

表1 泵站泵组性能参数表

表2 泵站管路系统参数表

从上述列表中可以看出，该泵站存在的主要问题是：泵的扬程与管路系统不匹配。即，泵的扬程远远高于管路系统所需的扬程。原因是，2008年，新增了1条DN800出水管线，与原有的2条DN600管线并联运行。由于泵站的出水管扩大了，所以管路阻力损失减少了，管路系统的Hz－Q特性曲线发生了比较大的变化，变得更加平缓了，这时，泵运行时的工况点向大流量区偏移，并大大偏离设计工况点，泵长期处于大流量区运行，效率下降了16%，多消耗了电能。

2 改造方案的选择［1］

根据生产需要和泵站的实际情况，泵站改造方案需要解决两方面的问题：一是解决泵的扬程与管路系统的匹配问题，保证泵的运行工况点位于高效区间内；二是解决泵站的流量调节问题，避免泵组出现憋压运行和泵的频繁倒换。因该泵站实际需要输送的水量并不是固定不变的，流量800—2 000 m3／h之间波动，正常输送流量在1200 m3／h左右，如遇瀑雨天气，水量达到2000 m3／h左右。所以需要合理设计泵的流量，尽可能减少正常流量时泵的运行台数，同时，也能确保在大水量时泵的扬程满足管路系统所需要的压力。为此，我们选定了改造泵和泵变频调速2条技术路线。一方面，改造泵可以解决泵的扬程与管路系统的匹配问题，保证泵在高效区内运行。改造泵主要是改造叶轮，即根据泵装置实际所需的扬程、流量，改变叶轮出口几何参数D2、b2、β2等，满足工况点的要求。另一方面，泵的变频改造可以很好地满足流量不断变化的需要，即通过液位控制，实现自动变频调节。变频调速节能的实质是通过调整泵的转速来改变泵的性能曲线，从而改变泵工作点，使之在高效区内运行，达到节能的目的。

3 泵叶轮改造

3.1 总体改造方案

（1）将管路系统在正常流量时的压力确定为叶轮的设计扬程；

（2）将正常流量确定为叶轮的设计流量。非正常时的流量（小流量或大流量）通过变频调速或运行泵站其它泵来调节流量；

（3）根据设计流量和设计扬程，重新对叶轮进行水力设计，确定叶轮几何参数，并校核流量、扬程；

（4）只改造叶轮，轴、泵体、电机等均全部不变；只对其中的2＃、6＃两台泵进行改造。这样，就保证了正常工作流量（绝大部分时间）下泵运行工况与管路的匹配。余下的6台泵因其扬程高，可保证在大水量时所需的压力及运行的高效率。

3.2 确定装置扬程Hz［2］

根据文献［2］，计算装置扬程Hz：

根据表1－2，查管路、阀门阻力系数，将数值代入式（3－1）中，得到

式（3－3）即为该泵站的管路特性曲线方程式。列表计算，如表3。

表3 管路特性曲线计算表

根据列表计算，绘出管路系统的特性曲线，见图1。

为保证泵站在正常输送流量时泵工作点处于高效区内，现取设计扬程H＝23 m，设计流量Q＝1250 m3／h。

3.3 叶轮水力设计［3］

3.3.1 叶轮几何参数设计

叶轮水力设计有相似法和速度系数法两种。本水力设计采用速度系数法。限于论文篇幅，具体设计计算不再论述。通过计算，现将列出泵叶轮设计的几何参数如下：

叶轮进口直径D0＝246 mm

叶轮叶片入口边直径D1＝240 mm

叶轮入口边宽度b1＝26 mm

叶轮出口宽度b2＝112 mm

叶轮叶片进口安放角β1＝28°

叶片数Z＝6

叶片出口安放角β2＝20°

叶轮进口叶片真实厚度，s1＝4 mm

出口叶片真实厚度s2＝7 mm

叶轮出口直径D2＝328 mm

叶片包角φ＝150°

3.3.2 泵的流量、扬程校核

3.3.2.1 排出流量校核

对于双吸叶轮：

式中，

3.3.2.2 排出扬程校核

排出扬程校核有斯托道拉法、何希杰法、威奈斯法、普夫列德芮尔法四种。限于论文篇幅，现选用何希杰法进行计算。

结论：从以上校核计算结果来看，叶轮水力模型设计能够满足流量、扬程要求，水力设计合理。

序号流量／m3／h扬程／m转速／rpm汽蚀余量／m 185028.314804.0 290028.114804.4 3100026.614804.5 4110025.214804.7 5115025.014804.8 6120024.514805.1 7125023.014805.3 8130022.614805.5 9138920.514806.5

3.4 泵性能测试［4］［5］

本泵规定流量1 250 m3／h、扬程23 m、转速1480 rpm。测定泵的试验数据，见表3－2、表3－3，并绘出性能曲线如图3－1所示。

表3－2 改造后的泵性能测试数据

3.5 泵的工作点合理性分析

如图3－1所示，把泵的H－Q、N－Q、－Q、NPSHr－Q、管路系统的Hz－Q等曲线绘在同一张坐标图上，求得泵的工作点P，泵在P点工作时的数据，见表3－4。

表3－3 改造后的泵汽蚀性能测试数据

表3－4 叶轮改造前后泵的工作点数据对照表

从上述数据可以看出：改造后泵工作点的流量略高于设计流量，增加50 m3／h；轴功率增大2.2 kW，但远小于电机额定功率132 kW；效率下降0.2个百分点，但仍处于高效区内，与设计点相当吻合。同时，泵站的管路特性Hz－Q曲线比较平坦，说明该泵叶轮水力设计及泵装置的运行是合理的。

4 泵站改造效果评价

1）对照泵叶轮改造前、后的工作点参数，见表3－4，可以看出：泵叶轮改造后，泵的工作点效率比改造前提高了18.8%，轴功率降低了19 kW，累计年节电15.2万度。

2）泵叶轮改造后，泵的流量增大100m3／h，运行一台泵即很好地满足了在正常流量下的要求，减少了泵并联运行台数，同时，也避免泵的憋压运行。累计年节电7.3万度。

3）因对泵站中1＃、3＃、6＃泵实施变频技术改造，通过液位调节供电频率，很好解决了泵站的流量调节问题。既节能，又避免泵的频繁倒换，大大减轻了操作人员的劳动强度。

4）由于泵站在大流量情况时的时间相对较短，故可以采用其它6台较高扬程的泵并联运行来实现水量输送，满足了大水量时安全生产的需要。

5）泵站改造了2台泵，正常流量时，只运行1台泵，保证了泵组一用一备，符合安全生产的要求。

6）本泵站节能改造充分考虑了现场的实际情况，大幅度降低了改造费用，是一种可靠、经济的技术改造路线。

5 结束语

泵站的运行与节能问题是绝大多数工业生产企业一个重要课题。本文对泵站存在的突出问题进行了分析，提出了解决这些问题的方法和实施节能改造的技术路线。

［1］邹正文，周耀密.化工泵装置的问题分析与设计［J］.化工装备技术，1991，12（2）：16－20.

［2］关醒凡编著.现代泵技术手册［M］.北京：宇航出版社，1995.

［3］沈阳水泵研究所，中国农业机械化科学研究院主编.叶片泵设计手册［M］.第1版.北京：机械工业出版社，1983.

［4］查森编.叶片泵理论及水力设计［M］.北京：机械工业出版社，1988.

［5］（苏）O.B.亚列缅科著，姚兆生译.泵试验.第1版，北京：机械工业出版社，1980.

Transformation and Study on Energy-saving Technology for Pump Station

Qu Yunyu，yang pan
（Water Supply and Drainage Business Department of baling Company SINOPEC，Yueyang，414014）

Tis article describes the existing problems in pump station operation.Some measures and methods are put forward.

pump station；energy-saving transformation；impeller；water conservancy design

TQ113.29

B

1003-6490（2015）02-0044-04

2015－04－10

屈运宇（1968－），湖南祁东人，机械工程师。1991年毕业于江苏化工学院化工机械与设备专业，2009年取得四川大学动力工程硕士学位，现主要从事设备技术与管理工作。