泵站泵組工況調整實例

鐘坤

某地方政府投資興建一小型泵站解決周邊居民用水困難問題，由于情況迫切，在泵站竣工后相關設計資料未移交使用單位便投入運行。

由于缺乏原始設計資料，泵站投入運行后發現泵組狀況較差，表現為振動較大及水泵配套電機接近或超過額定電流。為保障泵站安全高效運行，必須對泵組進行調整，分析如下：

1.泵站現況

泵站內配有2臺出水口為DN100的小型單級雙吸離心泵泵組，總來、出水管為DN400。在居民區附近半山設有1個1000m3臨時水庫，原設計水庫由于征地問題需1年半年后才能投入運行。泵站在凌晨低峰用水時入庫，在白天及晚上用水高峰時出庫。如遇用水量較大水庫低至警戒水位時則出庫及入庫同時進行。

查泵組銘牌及廠家提供產品樣本可知：

銘牌

型號 流量

（m3） 揚程

（m） 電機功率

（kW） 效率

（%） 轉速

（r/min）

BOS100-375 200 43 45 71 1480

產品樣本

型號 流量

（m3） 揚程

（m） 電機功率

（kW） 效率

（%） 轉速

（r/min）

BOS100-375 185 52 55 71 1480

由于出現銘牌與產品樣本不符的情況，在沒有原始設計資料的情況下，采取調節出水閥的方式以獲得泵組實際的參數及樣條曲線：

實際泵組參數為：

型號 流量

(m3) 揚程

(m) 電機功率

(kW) 泵組效率

(%) 水泵效率

(%)

BOS100-375 183 51 42 60 67

而經過2個月泵組實際運行數據為：

機組 水量

(m3) 電量 (kWh) 來水

壓力 (Mpa) 出水

壓力 (Mpa) 揚程

(m) 千噸水電耗 (kWh/dam3) 效率

(%)

1#/2# 236 48 0.141 0.404 26.26 203.39 35.16

可見，泵站及泵組都嚴重偏離水泵運行高效區工作，造成效率過低、能耗過高。按產品樣本，該泵組配套電機功率為55kW，實配45kW，目前單臺泵組運行時，負荷較重，從而機組運行振動較大及配套電機電流過大。

而且，臨時水庫高度根據出水壓力估算，與泵軸線高差約27米，而原設計水庫位置比臨時水庫更高，可判斷泵組是以原設計水庫高度為參數選型，并沒有考慮臨時水庫的情況。

2.泵組工況調整

在原設計的新水庫未投入運行之前，利用已敷設好的入庫管進行單泵入新水庫，測得此時在來水壓力0.13Mpa時，水泵出口壓力為0.56Mpa，壓差0.43 Mpa，泵組揚程為43米。

可知，該水泵設計選型應為揚程H=43m的泵型。如要調整泵組工況，令其靠近高效區運行，提高工作安全系數。

又知水泵變頻技術和泵葉切削的相似定律可知：

Q1/Q2=f1/f2=D1/D2

H1/H2= (f1/f2)2=(D1/D2)2

P1/P2= (f1/f2)3=(D1/D2)3

式中：f1、f2——水泵電機運行頻率Hz；

D1、D2——水泵葉輪直徑mm；

Q1、Q2——水泵流量m3；

H1、H2——水泵揚程m；

P1、P2——水泵功率kW。

由以上分析可得出以下方案：

1、切削泵葉

在測量該型水泵不銹鋼泵葉直徑為D=408后，根據水泵產品樣本及上述定律可知：

型號 流量

（m3） 揚程

（m） 軸功率（kW） 效率

（%） 電機功率

（kW） 葉輪直徑（mm）

BOS100-375 130 58 31.1 66 55 408

185 52 35.9 73

222 44 37.5 71

BOS100-375A 124 55 28.6 65 45 390

177 48 32.1 72

212 42 34.6 70

BOS100-375B 118 50 24.7 65 37 370

169 43 27.9 71

203 37 30.1 68

BOS100-375C 113 44 21.1 64 37 355

161 40 25 70

193 34 26.7 67

分析可知該水泵選型應為B0S100-375B型（揚程H=43m），但卻配套了直徑較大的B0S100-375型泵葉。

按約10%的量切削水泵葉輪，其直徑D=370mm，水泵高效區揚程將降至43米左右水平，切削后泵組的高效揚程區與當前加壓運行揚程區間差距縮小，能有效提高泵組的運行效率，降低泵組運行負荷，提高泵組運行的安全系數。切削后泵組理論參數為：

型號 流量

（m3） 揚程

（m） 電機功率

（kW） 泵組效率

（%） 水泵效率

（%）

BOS100-375B 169 43 37 53.5 59.5

原泵組保留一鑄鐵泵葉作為備件，按上述10%切削量削葉后，機組運行數據為：

泵組 來水壓力(Mpa) 出水壓力(Mpa) 功率

(Kw) 流量

(m3/h) 揚程

(m) 千噸水

電耗

(kWh/dam3) 泵組

效率

(%) 備注

1# 0.140 0.398 36 223 25.80 160.48 43.78 已削葉D=370mm

2# 0.141 0.404 48 236 26.26 204 35.02 原泵葉D=408mm

可見，該泵組已達至較佳運行狀況。由于暫時該站使用臨時水庫，揚程只有約27米。當啟用新水庫時已削葉機組可達至理論運行參數。

鑄鐵泵葉成本1500元，按該泵站供水約2500m3水量的標準，切削前后日均機時增加約1.5小時，但日均節電90kWh， 2個月內可收回成本。

而且降低該泵組揚程后，根據水泵性能曲線，在設計新水庫未投入而臨時舊水庫繼續使用期間，雖然水泵仍然未運行在最高效區，但已比泵葉切削前效率提高、能耗及功率降低，配套電機運行在額定電流之下，令泵組運行安全性大大提高。

但根據《水泵及泵站設計計算》葉輪切削限量表，切削葉輪導致水泵效率下降約2%，而且工況不可調節。因此，切削泵葉只作為短時間內實現安全及較高效運行水泵的快速方法，但長遠計只有為水泵加裝變頻器才能靈活調節水泵，使其長時間運行在高效區段，實現低耗能、高效率運作。

3.加裝變頻器

雖然切削泵葉可以作為臨時措施進行泵組調整，可以具有收效快、投入少、改造簡單等特點，但是按長遠計，為水泵加裝變頻器才能使泵組長時間有效安全運行，原因有：

（1)泵站來水壓力由0.05Mpa~0.15Mpa區間變化，等效變化揚程達10m，如不增加變頻器情況下泵組將不定期運行在高效區之外，能耗增大之余水泵機械磨損也會增加；

（2)變頻器調節水泵電機轉速運行，調速運行之所以節能，因為調速可以減少揚程浪費，并使水泵高效范圍擴大，能保證在來水壓力及流量變化幅度較大的情況下，水泵仍能有較高效率。

鑒于以上原因，應為該站2臺機組加裝變頻器。

加裝變頻器后效能分析：

1#機及2#機加裝變頻器后9平均運行頻率為45Hz），前后運行數據對比如下：

泵組 揚程

（m） 功率

（kW） 流量

（m3/h） 千噸水電耗

（kWh/dam3） 泵組效率

（%）

1#/2#機 27.61 36 212 170 44.23

原機組 26.26 48 236 204 35.02

差值 +1.35 -8 -24 -34 +9.21

本項目投資為5萬元，以1臺變頻機帶2臺機組方式運行。安裝變頻器后，機組平均運行在45 Hz頻率，平均送水電耗（千噸水電耗）下降34kWh/dam3，該站日均供水總量為3966 m3。由于該站只有1#和2#機兩臺泵組，兩臺泵組的開機率為100%，年節能計算如下：

年節能量=節約電耗×開機率×日均供水總量×365天

=34kWh/dam3×100%×3.966千m3×365天

= 49218kWh

按電價0.9元/ kWh計算，節約成本約44300元。

按如此推算再過半年后可收回成本，而且根據現運行數據推算在投入新水庫后泵組運行應與理論參數相匹配，機組運行在高效區，大大降低運行能耗，提高泵站效益，而且對安全生產運行更有保障。

4.參考文獻

[1] 水泵及泵站設計計算/李亞峰，伊士君，蔣白懿編著。——化學工業出版社，ISBN 7-5025-9366-7

[2] 2工業泵節能實用技術/黃志堅，袁周編著。——北京：中國電力出版社，ISBN 978-5123-4178-4