供水泵站節(jié)能技改的新途徑

1、PAGE PAGE 6供水泵站節(jié)能技改的新途徑劉殿魁劉力余方建葉文效提 要：廣東東莞市石排自來水公司B廠一級泵站安裝5臺水泵，供水約3萬m3/d。北京高能力流體機(jī)械開發(fā)中心應(yīng)用三元流動理論，重新設(shè)計(jì)、加工了三元流型新葉輪，換裝在泵內(nèi)，在不改變電機(jī)、泵體、管道的條件下，使泵流量增大13%以上，1m3水電耗減少了20%，全年可節(jié)電36萬kWh。關(guān)鍵詞：供水泵站水泵葉輪三元流型New Way and Reform of Water Pumping Station for Energy SavingLiu Diankui et alAbstract：There are 5 pumping assemb

2、lies with total capacity of 30 thousand cubic meters per day installed in the inlet pumping station in the Shipai Waterworks in Dongguan city，GuangdongP rovinceNew fabricated impellers designed by Beijing High Energy Fluid Machinery Development Center on the theory of tri-dimensional flow have been

3、installed into the bodies of the pumps without any change to the pump body，pipeline and driving motorsThe operation of the new arrangement shows that the flowrate of the pumping assemblies increased 13，and the specific power consumption reduced 20，about 360MW.h of energy saved annually1B廠一級泵站運(yùn)行簡況一級泵

4、站系東江引水，加壓輸送至二級泵站的反應(yīng)池，一級泵站共設(shè)5臺水泵，如圖1所示。圖11、2泵為300S-32(A)型，產(chǎn)品樣本設(shè)計(jì)值為：泵流量Q720m3/h；泵揚(yáng)程H26m；軸功率N60.7kW；配套電機(jī)功率為Ne75kW。3、4、5泵為300S-32型，產(chǎn)品樣本設(shè)計(jì)值為：泵流量Q790m3/h；泵揚(yáng)程H32m；軸功率N79.2kW；配套電機(jī)功率為Ne110kW。2技術(shù)改造的途徑為了節(jié)約電能，必須使泵的效率盡量提高。同時(shí)還必須使泵的高效率工作點(diǎn)盡量與泵的實(shí)際工況相接近。這兩個技術(shù)要求是所有制造廠和泵站設(shè)計(jì)者都知道的，但要切實(shí)做到這兩點(diǎn)，往往并不是根據(jù)泵產(chǎn)品樣本選一種合適的泵就能做到的。首先，我國

5、現(xiàn)在制造的水泵，特別是自來水公司廣為采用的Sh型水平中開式離心泵，均是80年代采用一元流動理論設(shè)計(jì)的，方法已經(jīng)落后，效率低。其次，由于實(shí)際管線、閥門等狀況的千差萬別，泵站設(shè)計(jì)者預(yù)先很難對泵的揚(yáng)程、要求進(jìn)行精確的計(jì)算，即使計(jì)算準(zhǔn)確也難以在泵制造廠樣本中找到流量、揚(yáng)程相符的泵，只能采用型號盡量接近的泵。這就造成了自來水公司泵運(yùn)行中的兩大問題：(1)耗能高表現(xiàn)在1m3水電耗高；(2)供水能力吃不準(zhǔn)往往需要多備機(jī)組、大小搭配。針對上述問題我們進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。其途徑是：不動管路、泵體、電機(jī)等，依據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況，應(yīng)用三元流動理論，重新設(shè)計(jì)水泵葉輪，確保泵的效率盡可能高，流量盡可能大，而電機(jī)一般不過載，實(shí)

6、現(xiàn)節(jié)能增效的目的。由于僅更換葉輪，工作量很小，但實(shí)際上是換裝了一臺新型大流量、高效率泵。3新型三元流動葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主要結(jié)構(gòu)尺寸為了增大流量、提高效率，將泵入口截面增加20%，入口截面直徑為230mm。專門設(shè)計(jì)了一種新式螺旋密封，裝于葉輪兩側(cè)，改善了密封條件。葉輪出口截面增大6%，但徑向尺寸減少14%，由于耗功和直徑立方成正比，這將大大減少泵的電耗，但經(jīng)過仔細(xì)核算足以提供所需的揚(yáng)程。3.2葉片形狀的設(shè)計(jì)及三元流動計(jì)算分析葉片形狀為完全三元扭曲型，用計(jì)算機(jī)完成型線設(shè)計(jì)。葉輪內(nèi)水流速度為W，則流速W滿足下列偏微分方程：W/LC1W+C2dW/dm+C3(1)式(1)中C1，C2，C3為流線L

7、幾何形狀及葉輪轉(zhuǎn)速的函數(shù)，m為流線L至葉輪子午面內(nèi)的投影線。按S1和S2兩類流面分別計(jì)算出系數(shù)C1，C2，C3，于是可積分(1) 式得出W沿L的變化。其初值則由連續(xù)方程(2)確定。WndFQ/n(2)(2)式中F為與流線L正交的通流面積，Wn為W在F的法線方向的分量，Q為泵流量，n為葉輪內(nèi)葉片數(shù)目。式(1)和式(2)在電子計(jì)算機(jī)上反復(fù)迭代求解，直到流線網(wǎng)絡(luò)收斂為止，我們可得出流速在葉輪內(nèi)任一點(diǎn)的數(shù)值即三元流動解。圖2示意了I15等5個流面上三條流線上的流速W的分布。上邊的為葉片吸力面，下邊的為葉片壓力面，中間的為流道中心線。從圖2中我們看到改型葉輪流速W低于原型葉輪，這就降低了流動損失，提高了

8、效率。特別是葉輪出口段(看中間流線)，改型葉輪流速呈加速而原型為減速，因而改型葉輪大大減少了出口分離的渦流，尾跡區(qū)的縮小使葉輪流量明顯增大，效率提高。三元流動計(jì)算分析是判斷葉輪設(shè)計(jì)優(yōu)劣的最有力工具。圖2流速沿流線L的分布(三元流動解)4試驗(yàn)測量方法及結(jié)果分析采用最直接而可靠的方法測定泵在實(shí)際工作狀況下的下述參數(shù)：(1)泵流量Q：用容積法直接測量泵的流量，即測出泵充滿一定容積水池的時(shí)間，由(3)式直接計(jì)算出泵流量：QQ/t(3)式中QH.S，其中H為水池充水深度，S為水池的面積。t為充滿此水池所用時(shí)間。這種方法是最可靠而直接的測量方法，比用這種方法標(biāo)定的各種流量計(jì)測出的流量更準(zhǔn)確。(2)1m3水

9、電耗f：對于一級站這樣的供水系統(tǒng)而言，由于要把江水泵至高位反應(yīng)池，我們可以直接測量出供水Q所需的總電耗f，由電表直接測出電機(jī)在t時(shí)間的電耗，可計(jì)算出1m3水耗電f。ff/Q(4)這個f值實(shí)際上是泵效率、電機(jī)效率及管路系統(tǒng)效率綜合的技術(shù)指標(biāo)，對自來水公司而言是最終的節(jié)電指標(biāo)。f越小則表示節(jié)電越明顯。我們可以用耗電率f改型/f原型來表示改型后節(jié)電效果。表1中列出了改型前后實(shí)測的結(jié)果。可以看到泵的流量平均增大了13%；耗電率下降了約20%。由(f原型-f改型)總供水量，即可測算出節(jié)電效果(kW.h)，見表1。表 1節(jié)電效果序號項(xiàng)目1(原型泵)2(原型泵)1(改型泵)2(改型泵)1液位升高H/m2.4

10、22.412.382.3852總水量Q/m3225.06224.13221.34221.813時(shí)間t/s1 1451 1479989514泵流量Q/m3/h707.61703.46798.42839.625總電耗f/kW.h2220.816.8166單位電耗f/kW.h/m30.097 80.092 80.075 90.072 17流量增大率q/%100100112.8119.358耗電率/%10010081.7977.699工作電壓/V38038036037510工作電流/A120120114110人們最關(guān)心的是泵流量大了，為什么耗電反而少了?這原因就在于改型泵盡管只是改變了葉輪，實(shí)際上已成

11、為另一種全新的泵，它與原型泵有完全不同的特性，如圖3所示。圖3圖3上部為泵的揚(yáng)程流量特性；圖3下部為泵的輸入電功率流量特性。虛線為原型泵，實(shí)線為改型泵。我們看到對泵實(shí)際工作的揚(yáng)程H，改型泵流量Q改大于原型泵流量Q原；由對應(yīng)流量可查得改型泵輸入電功率P改小于原型泵輸入電功率P原。5結(jié)論(1)改型后，泵1m3水電耗平均下降了20%，按供水3萬m3/d計(jì)算，全年可節(jié)電約36萬kW.h。(2)改型后，泵流量平均增大了約13%。(3)改型后，電機(jī)電流下降至110116A，而原配電機(jī)額定電流分別為140A(75kW)和200A(110kW)，電機(jī)負(fù)荷安全系數(shù)大大增加，同時(shí)也提供了進(jìn)一步增大流量的潛力(如必要的話，可再改型)。由于葉輪統(tǒng)一為一種也減化了維修工作。作者通訊處：劉殿魁（100083 北京市學(xué)院路20號 北京902信箱流體機(jī)械專業(yè)委員會）劉力（100083 北京市學(xué)院路20號 北京902信箱流體機(jī)械專業(yè)委員會）余方建（100083 北京市學(xué)院路20號 北京902信箱流體機(jī)械專業(yè)委員會）葉文效（100083 北京市學(xué)院路20號 北京902信箱流體機(jī)械專業(yè)委員會）參考文獻(xiàn)1，劉殿魁. 離心泵內(nèi)具有射流-尾跡模型的三元流動計(jì)算. 工程熱物理學(xué)報(bào)，1986.7(1)2，劉