給水水泵節能技術研究與應用

范華

（大同煤礦集團供水分公司，山西 大同 037003）

1 概況

同煤集團供水分公司成立于1991年3月，擔負著集團公司工業生產用水和60萬職工家屬生活用水的供水任務，日供水量8萬m3左右。

目前，供水分公司擁有時莊、下窩寨2個自備水源地；擁有200 mm以上的主管線190多km；建有水廠3座，加壓站18座，減壓站2座，擁有機電設備500多臺，年總耗電量達45 000 MWh，是名符其實的用電大戶，具有很大的節電潛力。

2 問題研究

我們成立了技術攻關小組，通過大量的摸底、分析、研究，決定對那些落后陳舊運行效率低及運行不合理的水泵，采用先進技術和設備，進行科學合理的技術改造和更新，在分析和研究過程中，發現水泵運行存在以下三種問題：

第一種問題：多臺泵并聯運行，每臺泵都不能充分發揮其功效，流量均有不同程度的減少，屬于此種情況的有機廠加壓站各個泵。

第二種問題：并聯運行的水泵揚程相差太大，致使低揚程水泵不能發揮作用，屬于此種情況的有四老溝加壓站2號、3號、4號泵。

第三種問題：揚程過高，電機功率過剩，屬于此種情況的有煤峪口、狼兒溝、時莊、雁崖、挖金灣加壓站。

下面分別舉例加以說明：

第一種問題：機廠加壓站1號、2號、3號泵的型號為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚程為130 m。根據2002年4月3日測試，測得3號泵單泵運行的流量為394 m3/h，2號、3號泵聯合運行時3號泵的流量為360 m3/h，為單泵運行時流量的91.4%，單泵流量有 8.6%減少，同時測得雙泵并聯運行時的壓力為0.66 MPa，而泵的揚程為130 m，有將近50 m揚程的浪費，由此造成工況點不在高效區，也達不到最高效率的90%。

第二種問題：四老溝加壓站原1號、5號泵的型號為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚程為130 m。2號、3號、4號泵的型號為8sh-6，流量為234 m3/h，揚程為93.5 m。2000年11月測得4臺泵（3臺8sh-6，1臺200D-65×2）聯合運行時4號泵的流量為103 m3/h，為單泵額定流量（234 m3/h）的44%，為單泵實測流量（355 m3/h）的29%。由此可見，聯合運行的水泵揚程相差太大，低揚程的水泵遠遠不能發揮其作用，造成工況點不在高效區，也達不到最高效率的90%。

第三種問題：狼兒溝加壓站原1號、4號泵的型號為6sh-6，流量為162 m3/h，揚程為78 m，電機功率為55 kW，效率為74%。

在對1號、4號水泵進行技術測定時，發現2臺水泵的工況點都不在經濟運行范圍內，見表1。

表1 各泵工況點的流量、揚程、電機功率、效率表

由表1中可見各水泵運行效率均低于水泵最高效率的90%，即74%×90%＝66.6%，最低效率僅為14.99%，僅是最高效率的20.26%，另外，電機均超負荷運行，這對電機使用壽命影響極大。

3 節能技術研究改造內容

在分析、研究水泵運行存在上述三種問題情況下，我們決定對其進行改造，具體改造內容如下：

3.1 合理選用水泵運行方式的技術改造內容

1）機廠加壓站的改造內容如下：以一臺型號為12sh-6A，流量為756 m3/h，揚程為78 m，功率為260 kw，效率為82%的泵代替了原二臺型號為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚程為130 m，電機功率為180 kW，效率為68%的泵。

2）四老溝加壓站的改造內容如下：以二臺型號為200S-95，流量為280 m3/h，揚程為95 m，功率為110 kW，效率為77%的泵代替二臺型號為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚程為123 m，電機功率為190 kW，效率為68%的泵。

3.2 合理選用水泵的技術改造內容

1）煤峪口加壓站的改造內容如下：以二臺型號為150S-78A，流量為180 m3/h，揚程為55 m，電機功率為45 kW，效率為77%的泵代替二臺型號為6DA-8×5，流量為144 m3/h，揚程為140 m，電機功率為100 kW，效率為70%的泵。

2）狼兒溝加壓站的改造內容如下：以二臺型號為8BA-18，流量為285 m3/h，揚程為18 m，電機功率為22 kW，效率為83.7%的泵代替二臺型號為6Sh-6，流量為162 m3/h，揚程為78 m，電機功率為55 kW，效率為72%的泵。

3）時莊水廠的改造內容如下：以一臺型號為8Sh-13A，流量為270 m3/h，揚程為36 m，電機功率為37 kW，效率為83.5%的泵代替一臺型號為8Sh-6，流量為234 m3/h，揚程為93.5 m，電機功率為100 kW，效率為73.5%的泵。

4）雁崖加壓站的改造內容如下：以一臺型號為8BA-18，流量為285 m3/h，揚程為18 m，電機功率為22 kW，效率為83.7%的泵代替一臺型號為D280-43×3，流量為280 m3/h，揚程129 m，電機功率為160 kW，效率為80%的泵。

5）挖金灣加壓站改造的內容如下：以一臺型號為8BA-18A，流量為260 m3/h，揚程為15.7 m，電機功率為18.5 kW，效率為83.5%的泵代替一臺型號為6DA-8×4，流量為144 m3/h，揚程為112 m，電機功率為100 kW，效率為71%的泵。下面將改造前后水泵運行參數匯總見表2。

表2 改造前、后水泵運行參數情況表

由上表可以看出，對于運行方式不合理的前3臺水泵改造后，解決了多臺泵并聯運行時每臺泵不能充分發揮其功效和揚程相差太多低揚程水泵不能充分發揮作用的問題，對于存在揚程過高的后7臺水泵改造后，水泵的揚程、電機功率均有明顯地降低與減少，水泵揚程最多的降低了111 m，電機功率最多的減少了138 kW。另外，效率都有了明顯的提高，平均提高了9.7%，達到了改造的目的。

4 選型設計

4.1 泵的流量計算

在選擇水泵時，為了保證在任何情況下都能滿足用戶對用水量的要求，水泵的供水能力必須以滿足最高日、最高時用水量為依據。另外，水泵的選擇還必須考慮水泵的運行方式，是單泵運行還是多臺泵并聯運行等因素。

4.2 泵揚程的確定

水泵的揚程是指單位重量的水通過水泵后獲得的能量的增加值。水泵的揚程應是指吸水高度、輸水高度以及管路的總水頭損失（包括吸水、輸水管路的沿程和局部水頭損失）。為使水流有一定壓力出流，還要提供一些富裕水頭。這些數值的總和即為水泵的總揚程。H＝H1＋ H2＋ h1+ h2+(1-2) （式中各量的含義下文標明）

4.3 必須的電動機容量

水泵的流量、揚程確定后，就可確定必須的電動機容量。Nd＝ KPgQH／1 000×3 600×η×ηc（式中各量的含義下文標明）

水泵流量、揚程、必須的電動機容量，運行方式確定后，就可選用合適的水泵，選擇水泵時盡量選用高效新型水1泵。目前，水泵最高效率可達84%以上，效率可提高0%以上。

4.4 下面以機廠加壓站為例，進行實際選泵設計

4.4.1 概況及存在問題

機廠加壓站原向白家灣加壓站及中央機廠送水的泵有7臺，型號為200D－65×2，供水情況是（以1999年1－6月份運行記錄為依據），每天2臺泵聯合運行的時間為11.75 h。經實測兩臺泵并聯運行時，單臺泵出水量為原來的91.4%，3臺泵并聯時，單臺泵的出水量為原來的83.7%。也就是說，并聯的泵越多，出水量并不是成正比增加，參與并聯運行的水泵的排水量要比其單獨工作時的排水量小。另外，機廠與白家灣高差55 m，兩臺泵并聯運行的實際工作壓力為0.66 MPa，而泵的揚程為130 m，存在嚴重的浪費現象。

4.4.2 選泵設計

4.4.2.1 水泵的流量計算

根據機廠加壓站1999年、2000年、2001年、2002年運行記錄，發現最高日、最高時的需水量為740 m3。

4.4.2.2 水泵揚程的確定

水泵的總揚程為

式中：H1為水泵吸水高度。因我公司各加壓站均是正壓輸水，所以不存在吸水高度，H1＝0；H2為水泵輸水高度，機廠加壓站水泵泵軸至白家灣加壓站最高水位是57 m，H2＝57 m；h1為吸水管路的沿程和局部水頭損失（m），由于吸水管路很短可忽略不計；h2為輸水管路的沿程和局部水頭損失（m）。

一般局部水頭損失可按沿程損失的0.1倍計算，沿程損失等于千米損失×沿程距離，這里千米損失等于3.04 m，沿程距離等于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 必須的電動機容量

式中： Nd為電動機必須的容量， kW；P為水密度（kg／m3），取P＝1 000 kg／m3；g為重力加速度，取g＝9.8kg.m／S2；Q為工況流量，m3／h，取Q＝750 m3／h；H為工況揚程，m，取H＝75 m；η為泵工況效率，取N＝0.84；ηc為傳動效率，取Nc＝0.98；K為富裕系數，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）。

根據以上數據和產品目錄，選泵型號12SH－6A，流量，756 m3／h，揚程78 m，電機功率260 kW。運行方式為單泵運行。

5 效益分析

5.1 經濟效益分析

1）節約大量電費。各個加壓站水泵改造后的節電情況是以泵改造前后實際發生的水量、電量為依據計算的，具體見下頁表1。

由表1可見，水泵技術改造后，噸水電耗都有了很大的降低，最多的降低了0.39 kW·h／m3，每年可節電353×104kW·h，每度電按0.35元計算，每年節約電費124萬元。

2）節約大量設備配件費。機廠、四老溝加壓站換下的5臺泵可作為白家灣、大斗溝加壓站的備用泵供檢修用，可節約資金25萬元。

水泵揚程過高，內部會發生汽蝕，久之會損壞輪或其它部件。改造前，每年都要對葉輪、平衡裝置、軸承等配件進行1~3次更換。改造后，解決了汽蝕問題，更換零配件次數減少，每年最多更換一次。據統計每年至少可節約1萬元配件費。

3）效率提高了，平均提高了9.7%。以上合計每年節約資金150萬元，經濟效益十分顯著。

5.2 社會效益分析

水泵技術改造后，由于泵結構簡單，便于維護、檢修、減輕了員工的勞動強度；改造后，解決了汽蝕問題，減少了維修次數，節省了人力、物力、節約汽油消耗，在保證集團公司正常的生產、生活用水情況下，取得明顯的社會效益。