扬州市城区泵站设备更新的经济分析

【摘要】本文从经济的角度分析了扬州城区泵站的水泵等设备在日常使用过程中的磨损、维修及更新的关系，并结合实际案例，得出了水泵等设备更新的一定规律。

【关键词】设备磨损；维修；更新；经济分析

1、前言

水泵等设备是一座泵站的核心设备，水泵运行效率的高低，运行状况的正常与否决定着整个泵站系统功能的实现。作为机械设备，水泵的磨损是难以避免的，无论水泵在使用或闲置过程中，均会发生磨损。磨损可以分为两类：有形磨损和无形磨损。其中实体的磨损或损耗称之为有形磨损；由于科学技术的进步而不断出现性能更好、效率更高，从而使原水泵的价值降低，称为无形磨损。因此，一台水泵无论处于什么状态，都在不断产生磨损，可以认为水泵的运行状态与效率与水泵的磨损程度有关，这就涉及到水泵等设备的维修、保养与更新，为了确保水泵等设备能有效实现其既定功能，对设备的更新维护就提出了相应的要求。

由于水泵技术仍属于半经验、半理论的学科，因此，如何确定水泵的磨损量，如何确定水泵的维修或更新的方案和期限，用简单的观测手段已难以做到，只有采取经济分析的方法来实现。

2、水泵的磨损分析

2.1水泵的有形磨损

有形磨损共分两种，其一是设备在使用过程中，由于外力的作用使零部件发生摩擦、震动和疲劳等现象，导致机械设备的实体发生磨损，如零件断裂、公差配合性质改变等；其二是设备在闲置过程中，由于自然力的作用而使其丧失工作精度和使用价值，如机械生锈、金属腐蚀、橡胶和塑料老化等。

水泵作为一种水力机械，主要工作环境在液体中，其磨损与液体的性质关系较大。两种有形磨损都有可能发生，一是在运行过程中由于水力摩擦、汽蚀或由于水质较差，水中杂质较多而与水泵发生的摩擦、撞击和缠绕堵塞或由于水泵自身结合件的相互摩擦等，此类磨损主要发生在水泵的运转件上，如叶片、泵轴、轴套和联轴器及与之相关的紧固件，如螺栓、销、键等。二是由于自然环境的影响而导致的磨损，由于水泵常年浸泡在水中，与水、空气的接触导致的水泵的锈蚀，或由于水质较差，水中含有腐蚀性物质，导致的金属、橡胶或塑料件的腐蚀和老化等。

2.2水泵的无形磨损

无形磨损也有两种类型，一是由于技术的进步、工艺的改善和劳动生产率的提高，生产同样的设备的劳动消耗降低，从而使原有设备贬值，但设备的使用价值未降低、功能也未改变。二是由于由于科学技术的进步而出现了性能更完善、生产效率更高的设备，从而导致原设备在经济上被淘汰，这不仅设备的价值贬值，使用价值也受影响。

水泵作为一种工业产品，自然也难以避免逐步淘汰的命运。但由于，水泵工业的更新周期较长，且现有水泵生产技术已经比较成熟，同时，由于水泵的无形磨损较多的属于第一类无形磨损，即水泵的功能并不随着科技或工艺的进步而降低，或其影响程度与更新设备所花代价比较而言相对较小，因此，无形磨损对水泵使用价值的影响可以忽略不计，本文以下重点讨论设备的有形磨损，对无形磨损不予讨论。

3、水泵磨损的经济分析

3.1确定水泵磨损量的状态

泵站运行应遵循两条原则：①可靠；②经济。“可靠”既保证泵站正常运行、安全运行并达到设计规定的各项要求和指标。“经济”即要使泵站获得或接近最佳总体运行效果，当实际情况改变（偏离）时，做出相应的新的运行方式决策，获取在新工况下各种可能运行方式中的最佳方式。在这里，可以理解为当水泵等设备发生磨损或损坏时，如何来确定一个措施，通过采取相应的措施使水泵运行在最可靠、最经济的状态。这就需要首先确定设备的磨损程度，因为这是衡量设备使用经济性的基础。就水泵等机械设备的磨损量，通常可以用零件尺寸的变化来反映零件的磨损量，如下式所示

式中：αi为第i个零件的磨损量；δpri为第i个零件的实际磨损量；δmi为第i个零件的最大允许磨损量。

但由于在一台设备中各个零件的重要程度不同，而且设备功能的降低并非完全取决与零件尺寸的变化，因此要用加权的办法来区分各个零件尺寸的变化对设备功能的影响程度。如下式所示

以上两个式子都是理论上可以用来确定水泵等此类机械设备磨损量的方法，但由于实际操作中不可能将一台设备拆散后逐个测量零件的磨损量，同样，一台设备中的各个零部件的重要程度或允许最大磨损量等对比资料也很难获得，生产厂家也不可能进行此类实验，提供准确的数据，因此，在实际操作中，以上方法不具备可行性。

在实际分析中，可以采取另一类更直观、更容易获得准确数据的比较方法，即费用分析法，可以采用修理费用作为度量的指标，从经济价值上加以考量设备的有形磨损程度。如下式所示：

式中：R为补偿设备磨损（包括拆装）所需的修理费；K1为确定机械设备进行修理时，该设备再生产（或再购）的价值。

从上式可以看出当αp<1时，设备的磨损程度低于另购设备所需花费的程度，修理还有价值，当αp≥1时，设备的磨损程度已经很严重，修理已无价值，可以考虑购买新设备更换旧设备以解决问题。

3.2确定水泵更新维修方案的指标

当水泵等机械设备，安装调试完毕，投入使用开始，各类有形磨损和无形磨损就开始发生。虽然机械设备在出厂时一般都有厂家规定一个常规保养期限、大修期限及报废期限，在日常生产使用过程中一般可以按照厂家的此类规定执行，但从经济分析的角度出发，应该有一个实用、可行的指标来衡量。实际操作中一般可以采用设备的残值来考量。如下式所示：

式中：KL为设备的残值，即设备的殘值等于再生产或再购的价值减去修理费用。

水泵等设备在经过一定时期的运行后，就需要对设备的磨损程度进行衡量，以确定一个更新维修的方案，来对设备的磨损进行补偿，实际使用中有修理、更新和现代化改装等三种方法来实现对机械设备的磨损补偿。其关系如下图所示：

通过图3-1所示的关系，结合公式3-4，可以得出确定设备更新维修方案的指标，即：

当K1>R时，KL>0，设备还有价值，可以采取修理的补偿方式；

当K1=R时，KL=0，设备已无价值，需结合实际使用情况及资金情况，采取相应补偿方式；

当K1

当设备的第二种无形磨损达到一定程度，同样可以采用公式3-4来衡量，即再生产或再购同样功能的设备的价值，低于继续使用原有设备所需付出的价值时，可以采取现代化改装或直接更换设备的补偿方式。

在实际应用中，此方法，不仅可以针对一台独立、完整的水泵或泵站系统设备而言，对于水泵中的某个零部件，同样适用。即用某个零部件的残值来衡量该零部件的磨损补偿方式。当零部件的再生产或再购的价值高于修理费用时，采取修理的补偿方式；当零部件的再生产或再购的价值低于修理费用时，采取更换的补偿方式。实际上，在水泵等设备的使用过程中，针对零部件的经济分析，具有更广泛的应用空间，毕竟在水泵的修理过程中主要的修理对象是磨损的零部件，而不是每次修理都对整台水泵进行修理或更换。

3.3水泵更新维修方案指标的完善

以上所述的方法在实际使用过程中，虽然可以据此确定水泵等设备的磨损补偿方式，具有一定的参考价值。但此方法是在假设设备通过修理后，可以完全恢复到磨损前的状态，具有实现与磨损前同样功能的能力，且修理后的运行经费不会提高，对修理后的后续磨损也不会有影响的前提下，来确定设备的残值的。

实际使用过程中，我们发现，水泵等设备经过维修后，其使用功能会有所下降，其运行经费会有所提高，对后续磨损也会有负面影响，因此，完全按此理论方法来衡量设备的磨损状态，以及据此确定设备的磨损补偿方式是不够合理的的，因此，我认为应该对公式3-4进行一个影响系数的调整，其调整如下：

式中：β为影响补偿设备磨损（包括拆装）所需的修理费的一个系数，该系数由设备经过维修后，其使用功能下降的程度，其运行经费提高的程度，其对后续磨损影响的程度决定。该值为一个经验值，按我实际使用经验该值的取值范围为1～2，正常可以取值为1.5。

4、通运闸站800ZLB-100型轴流泵磨损及磨损补偿实例

扬州城区内河沿古运河及京杭大运河口门共有8座泵站，装机28台套，抽排流量42.2m3/s，主要为800ZLB型轴流泵，这是扬州城区防洪排涝的主要机组，其运行状况的好坏，直接决定着扬州城区防洪排涝工作的成败，因此，每年汛前都要对各个泵站进行检查，确定机组的工况，一旦发现磨损或损坏的，需要立即进行维修或更换，以下就以通运泵站的800ZLB-100型轴流泵的检查和维修情况为例。

通运闸站位于城区东南部七里河与京杭大运河交汇处以西700m处，是七里河的河口节制建筑物，由通运泵站和通运闸组成。该泵站安装有4台800ZLB-100型轴流泵，单泵流量1.0 m3/s。由于七里河沿河工况企业较多，且河道污水截流设施不完善，同时沿河多为庄台农田，河道水质极差，水中漂浮物等杂质较多，对水泵等设备的磨损和腐蚀均很严重。2006年3月，在汛前检查时发现，3号机组磨损很严重，主要磨损集中在泵轴的轴套、轴承和叶片上，其中叶片由于汽蚀、杂物撞击和污水腐蚀等，导致其中一个叶片断裂1/3，另两个叶片也有不同程度的锈蚀及汽蚀磨损。因叶片的失衡导致水泵运转时的不平衡，引起了泵轴轴套的不平衡磨损，在轴套一侧留下了宽3cm，深1mm的摩擦磨损。

经与水泵生产厂家咨询后，修理商提供了修理方案供选择，详见下表：

由上表可以看出，如按公式3-4来检验，叶片和轴套的磨损补偿方式分别如下：

叶片：KL=3600-2800=800>0，应采取修理的补偿方式；

轴套：KL=3200-2600=600>0，应采取修理的补偿方式；

但是，结合实际情况可以发现，水泵叶片是水泵的核心部件，如果采用一个新叶片和两个维修的叶片，其运行工況必定处于不平衡状态，对水泵的整体运行工况也会有影响，根据对汽蚀的相关研究，水泵实际运行的的工作点，若偏离设计工作点较远时，泵汽蚀性能往往会比设计工况时差，因为这容易产生叶片脱落、撞击及漩涡等现象，使局部流速加大，压力降低，叶片设计不合理或制造不够精确，泵汽蚀性能都有可能变坏。另外，经修理的叶片的表面积由于汽蚀的影响比新叶片要大的多，其后续腐蚀也更容易发生。轴套作为泵轴传动的唯一摩擦部件，在水泵运行过程中的摩擦程度相当剧烈，如果将轴套削薄，其与套筒的接触不够严密，更容易发生不平衡摩擦。而且由于轴套与套筒的间隙扩大，将导致泵轴失去同心度，对泵轴的刚度有极大的损害，同时由于运行状态的不稳定，也会导致工作电流升高，能耗增加，从而增加水泵的运行费用。通运闸站作为一座水利工程，按照水利工程效益的分类，应更多的体现水利工程的防洪效益。防洪工程不能直接创造财富，只有社会效益，是把修建工程后减少的受灾机会和减免的洪灾损失视为其效益。因此，如果3号机组经维修后不能实现既定的功能，将会增加受灾机会，可能造成严重的社会影响和经济后果。综合考虑后，决定，采取公式3-5来检验，结果如下：

叶片：KL=3600-1.5×2800=-600>0，应采取更换的补偿方式；

轴套：KL=3200-1.5×2600=-700>0，应采取更换的补偿方式。

据此，在实际维修过程中对叶片和轴套分别进行了更换，更换后与其余3台机组进行比较发现，其运行电流稳定在110A以下，而其余3台机组的电流则在100A-135A之间起伏，3号机组的运行工况要明显优于其余3台机组。

5、结论

总之，在水泵等机械设备的运行过程中，对设备磨损情况的检查和维修更新，是一项必不可少的工作，同时，这也是一项很复杂，涉及的因素很多的工作。本文只是结合笔者的实际工作，从经济分析的一个角度出发，进行的一点探索，其中也有很多不成熟、不完善的地方，只希望对日后的工作有一定的帮助，以便在以后的设备维修和更新中能够以最少的投资做多或最好的事。

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作者简介：李建平（1980--），男，汉，本科，工程师，从事水利工程管理工作。