鉆井供水泵站節(jié)能型供水機組的改造及應用

王艷麗，張顥新，張 德

（川慶鉆探公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710018）

0 引言

長慶鉆井總公司鉆井現(xiàn)場主要供水方式和工作流程是選擇合適的水源點建立供水泵站。泵站的設(shè)施一般采用90 kW 發(fā)電機組帶20～50 kW 揚程抽水泵作為一級供水系統(tǒng)，將水源水抽到泵站蓄水罐內(nèi)，然后用泵站的6135 柴油機帶動TBW850/50 泥漿泵將泵站蓄水罐內(nèi)的水，通過長距離管線輸送到鉆井隊儲水罐供鉆井使用（圖1）。

圖1 鉆井供水泵站供水流程

供水泵站使用的6135 型柴油機輸出功率為99.3 kW，TBW600/60 泥漿泵的額定壓力為6 MPa。在供水過程中，泥漿泵實際運行壓力一般只有3～4 MPa，也就是柴油機功率只發(fā)揮了2/3 左右，還有部分節(jié)余功率。而一級供水使用的發(fā)電機功率為90 kW，僅帶1 臺7.5～30 kW 的離心泵或潛水泵，它的有效功率沒有充分發(fā)揮，功率浪費較大。

1 節(jié)能機組改造方案的提出及確定

根據(jù)上述現(xiàn)狀，如何充分發(fā)揮現(xiàn)有柴油機的功率，節(jié)約發(fā)電機功率是我們研究的課題。經(jīng)過對現(xiàn)場設(shè)備使用情況進行認真分析和研究，提出了在柴油機輸出端設(shè)計加裝一套傳動裝置，驅(qū)動一臺30 kW 左右的小型發(fā)電機帶動抽水泵，代替90 kW 柴油發(fā)電機組的設(shè)想。柴油機與發(fā)電機之間采用三角帶傳動（圖2）。

圖2 皮帶轉(zhuǎn)動方案

1.1 發(fā)電機選配

根據(jù)現(xiàn)場使用需要，選擇型號為ST6-30 的三相交流同步發(fā)電機。其基本參數(shù)如下：額定功率30 kW，額定電流27 A，額定電壓380 V，頻率50 Hz，轉(zhuǎn)速1500 r/min，絕緣等級為B，可滿足帶動7～25 kW 的離心泵或潛水泵的需求。

1.2 皮帶輪的設(shè)計

柴油機轉(zhuǎn)速一般為n1=1100 r/min，皮帶輪直徑D1=210 m，發(fā)電機組轉(zhuǎn)速n2=1500 r/min，發(fā)電機皮帶輪直徑據(jù)公式計算：n1：n2＝D2：D1。即D2＝210×1100÷1500=154 mm。取小皮帶輪直徑為160 mm。

1.3 三角帶的選型

皮帶所受功率PC=KaP2=1.2×15＝18 kW，n2=1500 r/min，查表選皮帶型號為C 型。

1.4 確定皮帶長度

首先，計算出皮帶速度v＝π×D2×n2÷60 000＝3.14×210×1500÷60 000＝16.48 m/s≤25 m/s。傳動比ε＝n2：n1＝1500/1100=1.36≤7。

中心距A0：Amax=2×（D1+D2）=2×（160+210）=740 mm；Amin=0.7×（D1+D2）=0.7×（160+210）=259 mm。所以初定中心距A0＝（Amax+Amin）/2＝500 mm。

皮帶長L=2×A+π/2×［（D1+D2）+（D1-D2）］2/A=1649.35 mm。

取Li＝1600 mm，LP=1655 mm，則實際中心距A＝A0＋（LP－Li）/2=500＋（1655－1649）/2=560 mm。

因此，確定三角帶的規(guī)格為1600C 型。

1.5 校對帶輪包角

皮帶輪包角α＝180－［（210+160）/523×60］＝134°>120°，三角皮帶根數(shù)Z＝（18/5.46）×0.85＝2.79 根。取Z=3 根。

2 樣機試制及改進

2.1 樣機試制

（1）根據(jù)柴油機輸出功率和轉(zhuǎn)速，依據(jù)設(shè)計計算選配節(jié)能發(fā)電機、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器。（2）根據(jù)柴油機輸出軸皮帶輪尺寸和小型發(fā)電機轉(zhuǎn)速，設(shè)計皮帶傳動系統(tǒng)。（3）進行發(fā)電機支架、傳動系統(tǒng)安全防護、穩(wěn)壓過載保護裝置設(shè)計加工。（4）組裝調(diào)試，現(xiàn)場試運行。

2.2 存在問題及改進

樣機試制成功后，在長慶鉆井總公司鉆井隊供水泵站現(xiàn)場進行試驗，通過現(xiàn)場試運行，發(fā)現(xiàn)存在許多不足，改進措施如下：

傳動比設(shè)計不合理，轉(zhuǎn)速和電壓不足。柴油機轉(zhuǎn)速900～1100 r/min，節(jié)能發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，輸入轉(zhuǎn)速不足，電壓不穩(wěn)，功率不足。改進措施是在提高柴油機轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計傳動比和小型發(fā)電機皮帶輪尺寸，重新選取皮帶。

穩(wěn)壓過載保護系統(tǒng)中調(diào)壓范圍小，不能滿足不同工況負荷的使用要求。通過對穩(wěn)壓電路系統(tǒng)改進，擴大了調(diào)壓范圍。

發(fā)電機皮帶輪軸向竄動嚴重，致使皮帶異常磨損。通過在軸端鉆中心孔，加裝定位擋板予以解決。

加裝傳動皮帶調(diào)節(jié)裝置，方便操作人員的使用操作。

大皮帶輪為實心輪，重量大，對軸的磨損嚴重。將皮帶輪制作成輪輻式，減輕重量，解決了這一問題。

在小皮帶輪上端和柴油機輸出軸聯(lián)軸器處加裝防護罩，提高了安全性能。

通過以上的改進，增加了發(fā)電機的調(diào)壓范圍，提高了發(fā)電機的負荷適應性、運行穩(wěn)定性和安全防護性能，達到了預期的效果。

3 改造效果分析

（1）節(jié)省設(shè)備。改造后每個供水泵站可減去一臺90 kW 發(fā)電機組，并節(jié)省了泵站的占地面積。

（2）節(jié)約燃料。改造前每個泵站配1 臺90 kW 發(fā)電機組，每口井（2000 m 井深）耗油0.6 t，配1 臺90 kW 柴油機帶供水泵，每口井耗油0.75 t，共計每口井耗油1.35 t。改造后僅用1 臺99 kW柴油機同時帶供水泵和節(jié)能發(fā)電機，每口井消耗柴油0.9 t。改造后每口井總體可節(jié)約柴油0.45 t，每套機組年平均供水22 口，全年可節(jié)約柴油費用7 萬元左右。長慶鉆井總公司每年運行20 個泵站供水，全年可總體節(jié)約燃油費用140 萬元左右。

（3）節(jié)約運費。每個泵站節(jié)省1 臺90 kW 的發(fā)電機組，按年均搬遷6 次，每年每臺機組可節(jié)約運費8950 元左右。

（4）減輕工人勞動強度。取消了二級泵站大型發(fā)電機的搬運安裝等工作量，節(jié)省了人力、物力，也可縮短建供水泵站周期。

4 結(jié)束語

該套供水泵站節(jié)能機組的改造成本小，投資回報率高，動力機功率利用充分，可操作性強，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益顯著，有可推廣和利用價值。