泵站泵組工況調(diào)整實(shí)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(wèn)題，由于情況迫切，在泵站竣工后相關(guān)設(shè)計(jì)資料未移交使用單位便投入運(yùn)行。

由于缺乏原始設(shè)計(jì)資料，泵站投入運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)泵組狀況較差，表現(xiàn)為振動(dòng)較大及水泵配套電機(jī)接近或超過(guò)額定電流。為保障泵站安全高效運(yùn)行，必須對(duì)泵組進(jìn)行調(diào)整，分析如下：

1.泵站現(xiàn)況

泵站內(nèi)配有2臺(tái)出水口為DN100的小型單級(jí)雙吸離心泵泵組，總來(lái)、出水管為DN400。在居民區(qū)附近半山設(shè)有1個(gè)1000m3臨時(shí)水庫(kù)，原設(shè)計(jì)水庫(kù)由于征地問(wèn)題需1年半年后才能投入運(yùn)行。泵站在凌晨低峰用水時(shí)入庫(kù)，在白天及晚上用水高峰時(shí)出庫(kù)。如遇用水量較大水庫(kù)低至警戒水位時(shí)則出庫(kù)及入庫(kù)同時(shí)進(jìn)行。

查泵組銘牌及廠家提供產(chǎn)品樣本可知：

銘牌

型號(hào) 流量

（m3） 揚(yáng)程

（m） 電機(jī)功率

（kW） 效率

（%） 轉(zhuǎn)速

（r/min）

BOS100-375 200 43 45 71 1480

產(chǎn)品樣本

型號(hào) 流量

（m3） 揚(yáng)程

（m） 電機(jī)功率

（kW） 效率

（%） 轉(zhuǎn)速

（r/min）

BOS100-375 185 52 55 71 1480

由于出現(xiàn)銘牌與產(chǎn)品樣本不符的情況，在沒(méi)有原始設(shè)計(jì)資料的情況下，采取調(diào)節(jié)出水閥的方式以獲得泵組實(shí)際的參數(shù)及樣條曲線：

實(shí)際泵組參數(shù)為：

型號(hào) 流量

(m3) 揚(yáng)程

(m) 電機(jī)功率

(kW) 泵組效率

(%) 水泵效率

(%)

BOS100-375 183 51 42 60 67

而經(jīng)過(guò)2個(gè)月泵組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為：

機(jī)組 水量

(m3) 電量 (kWh) 來(lái)水

壓力 (Mpa) 出水

壓力 (Mpa) 揚(yáng)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(jiàn)，泵站及泵組都嚴(yán)重偏離水泵運(yùn)行高效區(qū)工作，造成效率過(guò)低、能耗過(guò)高。按產(chǎn)品樣本，該泵組配套電機(jī)功率為55kW，實(shí)配45kW，目前單臺(tái)泵組運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷較重，從而機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)較大及配套電機(jī)電流過(guò)大。

而且，臨時(shí)水庫(kù)高度根據(jù)出水壓力估算，與泵軸線高差約27米，而原設(shè)計(jì)水庫(kù)位置比臨時(shí)水庫(kù)更高，可判斷泵組是以原設(shè)計(jì)水庫(kù)高度為參數(shù)選型，并沒(méi)有考慮臨時(shí)水庫(kù)的情況。

2.泵組工況調(diào)整

在原設(shè)計(jì)的新水庫(kù)未投入運(yùn)行之前，利用已敷設(shè)好的入庫(kù)管進(jìn)行單泵入新水庫(kù)，測(cè)得此時(shí)在來(lái)水壓力0.13Mpa時(shí)，水泵出口壓力為0.56Mpa，壓差0.43 Mpa，泵組揚(yáng)程為43米。

可知，該水泵設(shè)計(jì)選型應(yīng)為揚(yáng)程H=43m的泵型。如要調(diào)整泵組工況，令其靠近高效區(qū)運(yùn)行，提高工作安全系數(shù)。

又知水泵變頻技術(shù)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(jī)運(yùn)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(yáng)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(cè)量該型水泵不銹鋼泵葉直徑為D=408后，根據(jù)水泵產(chǎn)品樣本及上述定律可知：

型號(hào) 流量

（m3） 揚(yáng)程

（m） 軸功率（kW） 效率

（%） 電機(jī)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(yīng)為B0S100-375B型（揚(yáng)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(qū)揚(yáng)程將降至43米左右水平，切削后泵組的高效揚(yáng)程區(qū)與當(dāng)前加壓運(yùn)行揚(yáng)程區(qū)間差距縮小，能有效提高泵組的運(yùn)行效率，降低泵組運(yùn)行負(fù)荷，提高泵組運(yùn)行的安全系數(shù)。切削后泵組理論參數(shù)為：

型號(hào) 流量

（m3） 揚(yáng)程

（m） 電機(jī)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(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)為：

泵組 來(lái)水壓力(Mpa) 出水壓力(Mpa) 功率

(Kw) 流量

(m3/h) 揚(yáng)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(jiàn)，該泵組已達(dá)至較佳運(yùn)行狀況。由于暫時(shí)該站使用臨時(shí)水庫(kù)，揚(yáng)程只有約27米。當(dāng)啟用新水庫(kù)時(shí)已削葉機(jī)組可達(dá)至理論運(yùn)行參數(shù)。

鑄鐵泵葉成本1500元，按該泵站供水約2500m3水量的標(biāo)準(zhǔn)，切削前后日均機(jī)時(shí)增加約1.5小時(shí)，但日均節(jié)電90kWh， 2個(gè)月內(nèi)可收回成本。

而且降低該泵組揚(yáng)程后，根據(jù)水泵性能曲線，在設(shè)計(jì)新水庫(kù)未投入而臨時(shí)舊水庫(kù)繼續(xù)使用期間，雖然水泵仍然未運(yùn)行在最高效區(qū)，但已比泵葉切削前效率提高、能耗及功率降低，配套電機(jī)運(yùn)行在額定電流之下，令泵組運(yùn)行安全性大大提高。

但根據(jù)《水泵及泵站設(shè)計(jì)計(jì)算》葉輪切削限量表，切削葉輪導(dǎo)致水泵效率下降約2%，而且工況不可調(diào)節(jié)。因此，切削泵葉只作為短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全及較高效運(yùn)行水泵的快速方法，但長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)只有為水泵加裝變頻器才能靈活調(diào)節(jié)水泵，使其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高效區(qū)段，實(shí)現(xiàn)低耗能、高效率運(yùn)作。

3.加裝變頻器

雖然切削泵葉可以作為臨時(shí)措施進(jìn)行泵組調(diào)整，可以具有收效快、投入少、改造簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是按長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)，為水泵加裝變頻器才能使泵組長(zhǎng)時(shí)間有效安全運(yùn)行，原因有：

（1)泵站來(lái)水壓力由0.05Mpa~0.15Mpa區(qū)間變化，等效變化揚(yáng)程達(dá)10m，如不增加變頻器情況下泵組將不定期運(yùn)行在高效區(qū)之外，能耗增大之余水泵機(jī)械磨損也會(huì)增加；

（2)變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行，調(diào)速運(yùn)行之所以節(jié)能，因?yàn)檎{(diào)速可以減少揚(yáng)程浪費(fèi)，并使水泵高效范圍擴(kuò)大，能保證在來(lái)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(yīng)為該站2臺(tái)機(jī)組加裝變頻器。

加裝變頻器后效能分析：

1#機(jī)及2#機(jī)加裝變頻器后9平均運(yùn)行頻率為45Hz），前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比如下：

泵組 揚(yáng)程

（m） 功率

（kW） 流量

（m3/h） 千噸水電耗

（kWh/dam3） 泵組效率

（%）

1#/2#機(jī) 27.61 36 212 170 44.23

原機(jī)組 26.26 48 236 204 35.02

差值 +1.35 -8 -24 -34 +9.21

本項(xiàng)目投資為5萬(wàn)元，以1臺(tái)變頻機(jī)帶2臺(tái)機(jī)組方式運(yùn)行。安裝變頻器后，機(jī)組平均運(yùn)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(jī)兩臺(tái)泵組，兩臺(tái)泵組的開(kāi)機(jī)率為100%，年節(jié)能計(jì)算如下：

年節(jié)能量=節(jié)約電耗×開(kāi)機(jī)率×日均供水總量×365天

=34kWh/dam3×100%×3.966千m3×365天

= 49218kWh

按電價(jià)0.9元/ kWh計(jì)算，節(jié)約成本約44300元。

按如此推算再過(guò)半年后可收回成本，而且根據(jù)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)推算在投入新水庫(kù)后泵組運(yùn)行應(yīng)與理論參數(shù)相匹配，機(jī)組運(yùn)行在高效區(qū)，大大降低運(yùn)行能耗，提高泵站效益，而且對(duì)安全生產(chǎn)運(yùn)行更有保障。

4.參考文獻(xiàn)

[1] 水泵及泵站設(shè)計(jì)計(jì)算/李亞峰，伊士君，蔣白懿編著?！瘜W(xué)工業(yè)出版社，ISBN 7-5025-9366-7

[2] 2工業(yè)泵節(jié)能實(shí)用技術(shù)/黃志堅(jiān)，袁周編著。——北京：中國(guó)電力出版社，ISBN 978-5123-4178-4