供水泵站節(jié)能技改的新途徑

供水泵站節(jié)能技改的新途徑劉殿魁劉力余方建葉葉文效提要：廣東東莞莞市石排自來來水公司B廠一級泵站站安裝5臺水泵，供供水約3萬m3/d。北京高能能力流體機械械開發(fā)中心應(yīng)應(yīng)用三元流動動理論，重新新設(shè)計、加工工了三元流型型新葉輪，換換裝在泵內(nèi)，在在不改變電機機、泵體、管管道的條件下下，使泵流量量增大13%以上，1m3水電耗減少少了20%，全年可節(jié)節(jié)電36萬kW．h。關(guān)鍵詞：供水泵站水泵葉輪輪三元流型型NewWayyandReforrmofWaterrPumppingSStatioonforrEnerrgySaavingLiuDiaankuietallAbstracct：Thereeare5pummpingassemmbliesswithhtotaalcappacityyof330thoousanddcubiicmetterspperdaayinsstalleedintheiinletpumpiingsttationninttheShhipaiWaterrworkssinDDongguuanciity，GuanggdongPProviince．NewffabriccatedimpelllersdesiggnedbbyBeiijingHighEnerggyFluuidMaachineeryDeeveloppmentCenteeronthettheoryyofttri-diimensiionalflowhavebeeninstaalledintothebbodiessoftthepuumpswwithouutanyychanngetoothepumpbody，pipellineaanddrrivinggmotoors．Theooperattionooftheenewarranngemenntshoowsthhatthhefloowrateeoftthepuumpinggasseemblieesinccreaseed13％，andtthesppecifiicpowwercoonsumpptionreducced200％，aboutt360MMW.hofenerggysavvedannnuallly．1B廠一級泵泵站運行簡況況一級泵站系系東江引水，加加壓輸送至二二級泵站的反反應(yīng)池，一級級泵站共設(shè)5臺水泵，如如圖1所示。圖11＃、2＃＃泵為300S--32(A))型，產(chǎn)品樣樣本設(shè)計值為為：泵流量Q＝720m3/h；泵揚程H＝26m；軸功率N＝60.7kkW；配套電機機功率為Ne＝75kW。3＃、4＃、5＃泵為300S--32型，產(chǎn)品樣樣本設(shè)計值為為：泵流量Q＝790m3/h；泵揚程H＝32m；軸功率N＝79.2kkW；配套電機機功率為Ne＝110kW。2技術(shù)改造的的途徑為了節(jié)約電電能，必須使使泵的效率盡盡量提高。同同時還必須使使泵的高效率率工作點盡量量與泵的實際際工況相接近近。這兩個技技術(shù)要求是所所有制造廠和和泵站設(shè)計者者都知道的，但但要切實做到到這兩點，往往往并不是根根據(jù)泵產(chǎn)品樣樣本選一種合合適的泵就能能做到的。首先，我我國現(xiàn)在制造造的水泵，特特別是自來水水公司廣為采采用的Sh型水平中開開式離心泵，均均是80年代采用一一元流動理論論設(shè)計的，方方法已經(jīng)落后后，效率低。其次，由由于實際管線線、閥門等狀狀況的千差萬萬別，泵站設(shè)設(shè)計者預(yù)先很很難對泵的揚揚程、要求進進行精確的計計算，即使計計算準確也難難以在泵制造造廠樣本中找找到流量、揚揚程相符的泵泵，只能采用用型號盡量接接近的泵。這就造成成了自來水公公司泵運行中中的兩大問題題：(1)耗能高——表現(xiàn)在1m3水電耗高；(2)供水能力吃吃不準——往往需要多多備機組、大大小搭配。針對上述述問題我們進進行節(jié)能技術(shù)術(shù)改造。其途途徑是：不動動管路、泵體體、電機等，依依據(jù)實際運行行狀況，應(yīng)用用三元流動理理論，重新設(shè)設(shè)計水泵葉輪輪，確保泵的的效率盡可能能高，流量盡盡可能大，而而電機一般不不過載，實現(xiàn)現(xiàn)節(jié)能增效的的目的。由于于僅更換葉輪輪，工作量很很小，但實際際上是換裝了了一臺新型大大流量、高效效率泵。3新型三元流流動葉輪的設(shè)設(shè)計計算3.1主要結(jié)結(jié)構(gòu)尺寸為了增大流流量、提高效效率，將泵入入口截面增加加20%，入口截面面直徑為2330mm。專門設(shè)計計了一種新式式螺旋密封，裝裝于葉輪兩側(cè)側(cè)，改善了密密封條件。葉輪出口口截面增大6%，但徑向尺尺寸減少14%，由于耗功功和直徑立方方成正比，這這將大大減少少泵的電耗，但但經(jīng)過仔細核核算足以提供供所需的揚程程。3.2葉片形狀狀的設(shè)計及三三元流動計算算分析葉葉片形狀為完完全三元扭曲曲型，用計算算機完成型線線設(shè)計。葉輪輪內(nèi)水流速度度為W，則流速W滿足下列偏偏微分方程：：W/L＝C1WW+C2dW/dmm+C3(1)式(1)中C11，C2，C3為流線L幾何形狀及及葉輪轉(zhuǎn)速的的函數(shù)，m為流線L至葉輪子午午面內(nèi)的投影影線。按S1和S2兩類流面分分別計算出系系數(shù)C1，C2，C3，于是可積積分(1)式得出W沿L的變化。其其初值則由連連續(xù)方程(2)確定。∫∫WndF＝＝Q/n(2)(2)式中F為為與流線L正交的通流流面積，Wn為W在F的法線方向向的分量，Q為泵流量，n為葉輪內(nèi)葉葉片數(shù)目。式式(1)和式(2)在電子計算算機上反復(fù)迭迭代求解，直直到流線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)收斂為止，我我們可得出流流速在葉輪內(nèi)內(nèi)任一點的數(shù)數(shù)值即三元流流動解。圖2示意了I＝1～5等5個流面上三三條流線上的的流速W的分布。上上邊的為葉片片吸力面，下下邊的為葉片片壓力面，中中間的為流道道中心線。從從圖2中我們看到到改型葉輪流流速W低于原型葉葉輪，這就降降低了流動損損失，提高了了效率。特別別是葉輪出口口段(看中間流線)，改型葉輪輪流速呈加速速而原型為減減速，因而改改型葉輪大大大減少了出口口分離的渦流流，尾跡區(qū)的的縮小使葉輪輪流量明顯增增大，效率提提高。三元流流動計算分析析是判斷葉輪輪設(shè)計優(yōu)劣的的最有力工具具。圖2流速沿流流線L的分布(三元流動解)4試驗測量方方法及結(jié)果分分析采用最直接接而可靠的方方法測定泵在在實際工作狀狀況下的下述述參數(shù)：(1)泵流量Q：用容積法法直接測量泵泵的流量，即即測出泵充滿滿一定容積水水池的時間，由(3)式直接計算出泵流量：Q＝ΔQ/Δtt(3)式中ΔQ＝ΔHH.S，其中ΔH為水池充水水深度，S為水池的面面積。Δt為充滿此水水池所用時間間。這種種方法是最可可靠而直接的的測量方法，比比用這種方法法標(biāo)定的各種種流量計測出出的流量更準準確。(2)1m3水電耗f：對于一級級站這樣的供供水系統(tǒng)而言言，由于要把把江水泵至高高位反應(yīng)池，我我們可以直接接測量出供水水ΔQ所需的總電電耗Δf，由電表直直接測出電機機在Δt時間的電耗耗，可計算出出1m3水耗電f。f＝Δf/ΔQQ(4)這個f值實實際上是泵效效率、電機效效率及管路系系統(tǒng)效率綜合合的技術(shù)指標(biāo)標(biāo)，對自來水水公司而言是是最終的節(jié)電電指標(biāo)。f越小則表示示節(jié)電越明顯顯。我們可以以用耗電率η＝f改型/f原型來表示改改型后節(jié)電效效果。表表1中列出了改改型前后實測測的結(jié)果?？煽梢钥吹奖玫牡牧髁科骄鲈龃罅?3%；耗電率η下降了約20%。由(f原型-f改型)×總供水量，即即可測算出節(jié)節(jié)電效果(kW.h)，見表1。表1節(jié)電效效果序號項目1＃(原型泵))2＃(原型泵))1＃(改型泵))2＃(改型泵))1液位升高ΔH//m2.422.412.382.3852總水量ΔQ/mm3225.06224.13221.34221.813時間Δt/s114511479989514泵流量Q/m33/h707.61703.46798.42839.625總電耗Δf/kkW.h2220.816.8166單位電耗f/kkW.h/m30.097880.092880.075990.072117流量增大率q//%100100112.8119.358耗電率η/%10010081.7977.699工作電壓/V38038036037510工作電流/A120120114110人們最關(guān)心心的是泵流量量大了，為什什么耗電反而而少了?這原因就在在于改型泵盡盡管只是改變變了葉輪，實實際上已成為為另一種全新新的泵，它與與原型泵有完完全不同的特特性，如圖3所示。圖3圖3上部為為泵的揚程～～流量特性；；圖3下部為泵的的輸入電功率率～流量特性性。虛線為原原型泵，實線線為改型泵。我我們看到對泵泵實際工作的的揚程H，改型泵流流量Q改大于原型泵泵流量Q原；由對應(yīng)流流量可查得改改型泵輸入電電功率P改小于原型泵泵輸入電功率率P原。5結(jié)論(1)改型型后，泵1m3水電耗平均均下降了20%，按供水3萬m3/d計算，全年年可節(jié)電約36萬kW.h。(2)改型后，泵泵流量平均增增大了約13%。(3)改型后，電電機電流下降降至110～116A，而原配電電機額定電流流分別為140A((75kW))和200A((110kWW)，電機負荷荷安全系數(shù)大大大增加，同同時也提供了了進一步增大大流量的潛力力(如必要的話話，可再改型型)。由于葉輪輪統(tǒng)一為一種種也減化了維維修工作。作者通訊處：劉劉殿魁（1000883北京市學(xué)院院路20號北京902信箱流體體機械專業(yè)委委員會）劉力力（1000883北京市學(xué)院院路20號北京902信箱流體體機械專業(yè)委委員會）余方方建（1000883北京市學(xué)院院路20號北京902信箱流體體機械專業(yè)委委員會）葉文文效（1000883北京市學(xué)院院路20號北京902信箱流體體機械專業(yè)委委員會）參考文獻1，劉殿魁.離心泵內(nèi)具具有射流-尾跡模型的的三元流動計計算.工程熱物理理學(xué)報，1986..7(1)