泵站節(jié)能技術(shù)改造與研究

屈運(yùn)宇，楊 攀

（巴陵石化供排水事業(yè)部，湖南岳陽 414014）

泵站節(jié)能技術(shù)改造與研究

屈運(yùn)宇，楊 攀

（巴陵石化供排水事業(yè)部，湖南岳陽 414014）

分析了某車間泵站運(yùn)行中存在的問題，提出了泵站節(jié)能改造的途徑和方法，研究了水泵葉輪改造在泵站節(jié)能的應(yīng)用問題，對(duì)從事泵裝置的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和節(jié)能改造具有一定的指導(dǎo)意義。

泵站；節(jié)能改造；葉輪；水力設(shè)計(jì)

1 泵站概述

某污水處理車間泵站現(xiàn)有8臺(tái)離心水泵，全部并聯(lián)運(yùn)行。泵站正常運(yùn)行臺(tái)數(shù)為1－2臺(tái)，流量800－1 200 m3／h之間，正常工作壓力為0.15－0.23 MPa。由于受管道設(shè)計(jì)壓力（0.3 MPa）限制，允許最大工作壓力為0.25 MPa，最大流量為2000 m3／h左右，泵組的性能參數(shù)見表1。泵站有DN600出水管路2條（其中1條長期停運(yùn)）、DN800出水管路1條，并聯(lián)運(yùn)行，也可單管運(yùn)行。管路系統(tǒng)參數(shù)見表2。

表1 泵站泵組性能參數(shù)表

表2 泵站管路系統(tǒng)參數(shù)表

從上述列表中可以看出，該泵站存在的主要問題是：泵的揚(yáng)程與管路系統(tǒng)不匹配。即，泵的揚(yáng)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于管路系統(tǒng)所需的揚(yáng)程。原因是，2008年，新增了1條DN800出水管線，與原有的2條DN600管線并聯(lián)運(yùn)行。由于泵站的出水管擴(kuò)大了，所以管路阻力損失減少了，管路系統(tǒng)的Hz－Q特性曲線發(fā)生了比較大的變化，變得更加平緩了，這時(shí)，泵運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)向大流量區(qū)偏移，并大大偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，泵長期處于大流量區(qū)運(yùn)行，效率下降了16%，多消耗了電能。

2 改造方案的選擇［1］

根據(jù)生產(chǎn)需要和泵站的實(shí)際情況，泵站改造方案需要解決兩方面的問題：一是解決泵的揚(yáng)程與管路系統(tǒng)的匹配問題，保證泵的運(yùn)行工況點(diǎn)位于高效區(qū)間內(nèi)；二是解決泵站的流量調(diào)節(jié)問題，避免泵組出現(xiàn)憋壓運(yùn)行和泵的頻繁倒換。因該泵站實(shí)際需要輸送的水量并不是固定不變的，流量800—2 000 m3／h之間波動(dòng)，正常輸送流量在1200 m3／h左右，如遇瀑雨天氣，水量達(dá)到2000 m3／h左右。所以需要合理設(shè)計(jì)泵的流量，盡可能減少正常流量時(shí)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，同時(shí)，也能確保在大水量時(shí)泵的揚(yáng)程滿足管路系統(tǒng)所需要的壓力。為此，我們選定了改造泵和泵變頻調(diào)速2條技術(shù)路線。一方面，改造泵可以解決泵的揚(yáng)程與管路系統(tǒng)的匹配問題，保證泵在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行。改造泵主要是改造葉輪，即根據(jù)泵裝置實(shí)際所需的揚(yáng)程、流量，改變?nèi)~輪出口幾何參數(shù)D2、b2、β2等，滿足工況點(diǎn)的要求。另一方面，泵的變頻改造可以很好地滿足流量不斷變化的需要，即通過液位控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速節(jié)能的實(shí)質(zhì)是通過調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速來改變泵的性能曲線，從而改變泵工作點(diǎn)，使之在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。

3 泵葉輪改造

3.1 總體改造方案

（1）將管路系統(tǒng)在正常流量時(shí)的壓力確定為葉輪的設(shè)計(jì)揚(yáng)程；

（2）將正常流量確定為葉輪的設(shè)計(jì)流量。非正常時(shí)的流量（小流量或大流量）通過變頻調(diào)速或運(yùn)行泵站其它泵來調(diào)節(jié)流量；

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程，重新對(duì)葉輪進(jìn)行水力設(shè)計(jì)，確定葉輪幾何參數(shù)，并校核流量、揚(yáng)程；

（4）只改造葉輪，軸、泵體、電機(jī)等均全部不變；只對(duì)其中的2＃、6＃兩臺(tái)泵進(jìn)行改造。這樣，就保證了正常工作流量（絕大部分時(shí)間）下泵運(yùn)行工況與管路的匹配。余下的6臺(tái)泵因其揚(yáng)程高，可保證在大水量時(shí)所需的壓力及運(yùn)行的高效率。

3.2 確定裝置揚(yáng)程Hz［2］

根據(jù)文獻(xiàn)［2］，計(jì)算裝置揚(yáng)程Hz：

根據(jù)表1－2，查管路、閥門阻力系數(shù)，將數(shù)值代入式（3－1）中，得到

式（3－3）即為該泵站的管路特性曲線方程式。列表計(jì)算，如表3。

表3 管路特性曲線計(jì)算表

根據(jù)列表計(jì)算，繪出管路系統(tǒng)的特性曲線，見圖1。

為保證泵站在正常輸送流量時(shí)泵工作點(diǎn)處于高效區(qū)內(nèi)，現(xiàn)取設(shè)計(jì)揚(yáng)程H＝23 m，設(shè)計(jì)流量Q＝1250 m3／h。

3.3 葉輪水力設(shè)計(jì)［3］

3.3.1 葉輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)

葉輪水力設(shè)計(jì)有相似法和速度系數(shù)法兩種。本水力設(shè)計(jì)采用速度系數(shù)法。限于論文篇幅，具體設(shè)計(jì)計(jì)算不再論述。通過計(jì)算，現(xiàn)將列出泵葉輪設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)如下：

葉輪進(jìn)口直徑D0＝246 mm

葉輪葉片入口邊直徑D1＝240 mm

葉輪入口邊寬度b1＝26 mm

葉輪出口寬度b2＝112 mm

葉輪葉片進(jìn)口安放角β1＝28°

葉片數(shù)Z＝6

葉片出口安放角β2＝20°

葉輪進(jìn)口葉片真實(shí)厚度，s1＝4 mm

出口葉片真實(shí)厚度s2＝7 mm

葉輪出口直徑D2＝328 mm

葉片包角φ＝150°

3.3.2 泵的流量、揚(yáng)程校核

3.3.2.1 排出流量校核

對(duì)于雙吸葉輪：

式中，

3.3.2.2 排出揚(yáng)程校核

排出揚(yáng)程校核有斯托道拉法、何希杰法、威奈斯法、普夫列德芮爾法四種。限于論文篇幅，現(xiàn)選用何希杰法進(jìn)行計(jì)算。

結(jié)論：從以上校核計(jì)算結(jié)果來看，葉輪水力模型設(shè)計(jì)能夠滿足流量、揚(yáng)程要求，水力設(shè)計(jì)合理。

序號(hào)流量／m3／h揚(yáng)程／m轉(zhuǎn)速／rpm汽蝕余量／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 泵性能測試［4］［5］

本泵規(guī)定流量1 250 m3／h、揚(yáng)程23 m、轉(zhuǎn)速1480 rpm。測定泵的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表3－2、表3－3，并繪出性能曲線如圖3－1所示。

表3－2 改造后的泵性能測試數(shù)據(jù)

3.5 泵的工作點(diǎn)合理性分析

如圖3－1所示，把泵的H－Q、N－Q、－Q、NPSHr－Q、管路系統(tǒng)的Hz－Q等曲線繪在同一張坐標(biāo)圖上，求得泵的工作點(diǎn)P，泵在P點(diǎn)工作時(shí)的數(shù)據(jù)，見表3－4。

表3－3 改造后的泵汽蝕性能測試數(shù)據(jù)

表3－4 葉輪改造前后泵的工作點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)照表

從上述數(shù)據(jù)可以看出：改造后泵工作點(diǎn)的流量略高于設(shè)計(jì)流量，增加50 m3／h；軸功率增大2.2 kW，但遠(yuǎn)小于電機(jī)額定功率132 kW；效率下降0.2個(gè)百分點(diǎn)，但仍處于高效區(qū)內(nèi)，與設(shè)計(jì)點(diǎn)相當(dāng)吻合。同時(shí)，泵站的管路特性Hz－Q曲線比較平坦，說明該泵葉輪水力設(shè)計(jì)及泵裝置的運(yùn)行是合理的。

4 泵站改造效果評(píng)價(jià)

1）對(duì)照泵葉輪改造前、后的工作點(diǎn)參數(shù)，見表3－4，可以看出：泵葉輪改造后，泵的工作點(diǎn)效率比改造前提高了18.8%，軸功率降低了19 kW，累計(jì)年節(jié)電15.2萬度。

2）泵葉輪改造后，泵的流量增大100m3／h，運(yùn)行一臺(tái)泵即很好地滿足了在正常流量下的要求，減少了泵并聯(lián)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，同時(shí)，也避免泵的憋壓運(yùn)行。累計(jì)年節(jié)電7.3萬度。

3）因?qū)Ρ谜局?＃、3＃、6＃泵實(shí)施變頻技術(shù)改造，通過液位調(diào)節(jié)供電頻率，很好解決了泵站的流量調(diào)節(jié)問題。既節(jié)能，又避免泵的頻繁倒換，大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4）由于泵站在大流量情況時(shí)的時(shí)間相對(duì)較短，故可以采用其它6臺(tái)較高揚(yáng)程的泵并聯(lián)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)水量輸送，滿足了大水量時(shí)安全生產(chǎn)的需要。

5）泵站改造了2臺(tái)泵，正常流量時(shí)，只運(yùn)行1臺(tái)泵，保證了泵組一用一備，符合安全生產(chǎn)的要求。

6）本泵站節(jié)能改造充分考慮了現(xiàn)場的實(shí)際情況，大幅度降低了改造費(fèi)用，是一種可靠、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)改造路線。

5 結(jié)束語

泵站的運(yùn)行與節(jié)能問題是絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)一個(gè)重要課題。本文對(duì)泵站存在的突出問題進(jìn)行了分析，提出了解決這些問題的方法和實(shí)施節(jié)能改造的技術(shù)路線。

［1］鄒正文，周耀密.化工泵裝置的問題分析與設(shè)計(jì)［J］.化工裝備技術(shù)，1991，12（2）：16－20.

［2］關(guān)醒凡編著.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊［M］.北京：宇航出版社，1995.

［3］沈陽水泵研究所，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院主編.葉片泵設(shè)計(jì)手冊［M］.第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［4］查森編.葉片泵理論及水力設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

［5］（蘇）O.B.亞列緬科著，姚兆生譯.泵試驗(yàn).第1版，北京：機(jī)械工業(yè)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

屈運(yùn)宇（1968－），湖南祁東人，機(jī)械工程師。1991年畢業(yè)于江蘇化工學(xué)院化工機(jī)械與設(shè)備專業(yè)，2009年取得四川大學(xué)動(dòng)力工程碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事設(shè)備技術(shù)與管理工作。