揚州市城區(qū)泵站設(shè)備更新的經(jīng)濟(jì)分析

【摘要】本文從經(jīng)濟(jì)的角度分析了揚州城區(qū)泵站的水泵等設(shè)備在日常使用過程中的磨損、維修及更新的關(guān)系，并結(jié)合實際案例，得出了水泵等設(shè)備更新的一定規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】設(shè)備磨損；維修；更新；經(jīng)濟(jì)分析

1、前言

水泵等設(shè)備是一座泵站的核心設(shè)備，水泵運行效率的高低，運行狀況的正常與否決定著整個泵站系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。作為機(jī)械設(shè)備，水泵的磨損是難以避免的，無論水泵在使用或閑置過程中，均會發(fā)生磨損。磨損可以分為兩類：有形磨損和無形磨損。其中實體的磨損或損耗稱之為有形磨損；由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷出現(xiàn)性能更好、效率更高，從而使原水泵的價值降低，稱為無形磨損。因此，一臺水泵無論處于什么狀態(tài)，都在不斷產(chǎn)生磨損，可以認(rèn)為水泵的運行狀態(tài)與效率與水泵的磨損程度有關(guān)，這就涉及到水泵等設(shè)備的維修、保養(yǎng)與更新，為了確保水泵等設(shè)備能有效實現(xiàn)其既定功能，對設(shè)備的更新維護(hù)就提出了相應(yīng)的要求。

由于水泵技術(shù)仍屬于半經(jīng)驗、半理論的學(xué)科，因此，如何確定水泵的磨損量，如何確定水泵的維修或更新的方案和期限，用簡單的觀測手段已難以做到，只有采取經(jīng)濟(jì)分析的方法來實現(xiàn)。

2、水泵的磨損分析

2.1水泵的有形磨損

有形磨損共分兩種，其一是設(shè)備在使用過程中，由于外力的作用使零部件發(fā)生摩擦、震動和疲勞等現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的實體發(fā)生磨損，如零件斷裂、公差配合性質(zhì)改變等；其二是設(shè)備在閑置過程中，由于自然力的作用而使其喪失工作精度和使用價值，如機(jī)械生銹、金屬腐蝕、橡膠和塑料老化等。

水泵作為一種水力機(jī)械，主要工作環(huán)境在液體中，其磨損與液體的性質(zhì)關(guān)系較大。兩種有形磨損都有可能發(fā)生，一是在運行過程中由于水力摩擦、汽蝕或由于水質(zhì)較差，水中雜質(zhì)較多而與水泵發(fā)生的摩擦、撞擊和纏繞堵塞或由于水泵自身結(jié)合件的相互摩擦等，此類磨損主要發(fā)生在水泵的運轉(zhuǎn)件上，如葉片、泵軸、軸套和聯(lián)軸器及與之相關(guān)的緊固件，如螺栓、銷、鍵等。二是由于自然環(huán)境的影響而導(dǎo)致的磨損，由于水泵常年浸泡在水中，與水、空氣的接觸導(dǎo)致的水泵的銹蝕，或由于水質(zhì)較差，水中含有腐蝕性物質(zhì)，導(dǎo)致的金屬、橡膠或塑料件的腐蝕和老化等。

2.2水泵的無形磨損

無形磨損也有兩種類型，一是由于技術(shù)的進(jìn)步、工藝的改善和勞動生產(chǎn)率的提高，生產(chǎn)同樣的設(shè)備的勞動消耗降低，從而使原有設(shè)備貶值，但設(shè)備的使用價值未降低、功能也未改變。二是由于由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而出現(xiàn)了性能更完善、生產(chǎn)效率更高的設(shè)備，從而導(dǎo)致原設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上被淘汰，這不僅設(shè)備的價值貶值，使用價值也受影響。

水泵作為一種工業(yè)產(chǎn)品，自然也難以避免逐步淘汰的命運。但由于，水泵工業(yè)的更新周期較長，且現(xiàn)有水泵生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，同時，由于水泵的無形磨損較多的屬于第一類無形磨損，即水泵的功能并不隨著科技或工藝的進(jìn)步而降低，或其影響程度與更新設(shè)備所花代價比較而言相對較小，因此，無形磨損對水泵使用價值的影響可以忽略不計，本文以下重點討論設(shè)備的有形磨損，對無形磨損不予討論。

3、水泵磨損的經(jīng)濟(jì)分析

3.1確定水泵磨損量的狀態(tài)

泵站運行應(yīng)遵循兩條原則：①可靠；②經(jīng)濟(jì)。“可靠”既保證泵站正常運行、安全運行并達(dá)到設(shè)計規(guī)定的各項要求和指標(biāo)。“經(jīng)濟(jì)”即要使泵站獲得或接近最佳總體運行效果，當(dāng)實際情況改變（偏離）時，做出相應(yīng)的新的運行方式?jīng)Q策，獲取在新工況下各種可能運行方式中的最佳方式。在這里，可以理解為當(dāng)水泵等設(shè)備發(fā)生磨損或損壞時，如何來確定一個措施，通過采取相應(yīng)的措施使水泵運行在最可靠、最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。這就需要首先確定設(shè)備的磨損程度，因為這是衡量設(shè)備使用經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)。就水泵等機(jī)械設(shè)備的磨損量，通常可以用零件尺寸的變化來反映零件的磨損量，如下式所示

式中：αi為第i個零件的磨損量；δpri為第i個零件的實際磨損量；δmi為第i個零件的最大允許磨損量。

但由于在一臺設(shè)備中各個零件的重要程度不同，而且設(shè)備功能的降低并非完全取決與零件尺寸的變化，因此要用加權(quán)的辦法來區(qū)分各個零件尺寸的變化對設(shè)備功能的影響程度。如下式所示

以上兩個式子都是理論上可以用來確定水泵等此類機(jī)械設(shè)備磨損量的方法，但由于實際操作中不可能將一臺設(shè)備拆散后逐個測量零件的磨損量，同樣，一臺設(shè)備中的各個零部件的重要程度或允許最大磨損量等對比資料也很難獲得，生產(chǎn)廠家也不可能進(jìn)行此類實驗，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因此，在實際操作中，以上方法不具備可行性。

在實際分析中，可以采取另一類更直觀、更容易獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的比較方法，即費用分析法，可以采用修理費用作為度量的指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)價值上加以考量設(shè)備的有形磨損程度。如下式所示：

式中：R為補償設(shè)備磨損（包括拆裝）所需的修理費；K1為確定機(jī)械設(shè)備進(jìn)行修理時，該設(shè)備再生產(chǎn)（或再購）的價值。

從上式可以看出當(dāng)αp<1時，設(shè)備的磨損程度低于另購設(shè)備所需花費的程度，修理還有價值，當(dāng)αp≥1時，設(shè)備的磨損程度已經(jīng)很嚴(yán)重，修理已無價值，可以考慮購買新設(shè)備更換舊設(shè)備以解決問題。

3.2確定水泵更新維修方案的指標(biāo)

當(dāng)水泵等機(jī)械設(shè)備，安裝調(diào)試完畢，投入使用開始，各類有形磨損和無形磨損就開始發(fā)生。雖然機(jī)械設(shè)備在出廠時一般都有廠家規(guī)定一個常規(guī)保養(yǎng)期限、大修期限及報廢期限，在日常生產(chǎn)使用過程中一般可以按照廠家的此類規(guī)定執(zhí)行，但從經(jīng)濟(jì)分析的角度出發(fā)，應(yīng)該有一個實用、可行的指標(biāo)來衡量。實際操作中一般可以采用設(shè)備的殘值來考量。如下式所示：

式中：KL為設(shè)備的殘值，即設(shè)備的殘值等于再生產(chǎn)或再購的價值減去修理費用。

水泵等設(shè)備在經(jīng)過一定時期的運行后，就需要對設(shè)備的磨損程度進(jìn)行衡量，以確定一個更新維修的方案，來對設(shè)備的磨損進(jìn)行補償，實際使用中有修理、更新和現(xiàn)代化改裝等三種方法來實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的磨損補償。其關(guān)系如下圖所示：

通過圖3-1所示的關(guān)系，結(jié)合公式3-4，可以得出確定設(shè)備更新維修方案的指標(biāo)，即：

當(dāng)K1>R時，KL>0，設(shè)備還有價值，可以采取修理的補償方式；

當(dāng)K1=R時，KL=0，設(shè)備已無價值，需結(jié)合實際使用情況及資金情況，采取相應(yīng)補償方式；

當(dāng)K1

當(dāng)設(shè)備的第二種無形磨損達(dá)到一定程度，同樣可以采用公式3-4來衡量，即再生產(chǎn)或再購?fù)瑯庸δ艿脑O(shè)備的價值，低于繼續(xù)使用原有設(shè)備所需付出的價值時，可以采取現(xiàn)代化改裝或直接更換設(shè)備的補償方式。

在實際應(yīng)用中，此方法，不僅可以針對一臺獨立、完整的水泵或泵站系統(tǒng)設(shè)備而言，對于水泵中的某個零部件，同樣適用。即用某個零部件的殘值來衡量該零部件的磨損補償方式。當(dāng)零部件的再生產(chǎn)或再購的價值高于修理費用時，采取修理的補償方式；當(dāng)零部件的再生產(chǎn)或再購的價值低于修理費用時，采取更換的補償方式。實際上，在水泵等設(shè)備的使用過程中，針對零部件的經(jīng)濟(jì)分析，具有更廣泛的應(yīng)用空間，畢竟在水泵的修理過程中主要的修理對象是磨損的零部件，而不是每次修理都對整臺水泵進(jìn)行修理或更換。

3.3水泵更新維修方案指標(biāo)的完善

以上所述的方法在實際使用過程中，雖然可以據(jù)此確定水泵等設(shè)備的磨損補償方式，具有一定的參考價值。但此方法是在假設(shè)設(shè)備通過修理后，可以完全恢復(fù)到磨損前的狀態(tài)，具有實現(xiàn)與磨損前同樣功能的能力，且修理后的運行經(jīng)費不會提高，對修理后的后續(xù)磨損也不會有影響的前提下，來確定設(shè)備的殘值的。

實際使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)，水泵等設(shè)備經(jīng)過維修后，其使用功能會有所下降，其運行經(jīng)費會有所提高，對后續(xù)磨損也會有負(fù)面影響，因此，完全按此理論方法來衡量設(shè)備的磨損狀態(tài)，以及據(jù)此確定設(shè)備的磨損補償方式是不夠合理的的，因此，我認(rèn)為應(yīng)該對公式3-4進(jìn)行一個影響系數(shù)的調(diào)整，其調(diào)整如下：

式中：β為影響補償設(shè)備磨損（包括拆裝）所需的修理費的一個系數(shù)，該系數(shù)由設(shè)備經(jīng)過維修后，其使用功能下降的程度，其運行經(jīng)費提高的程度，其對后續(xù)磨損影響的程度決定。該值為一個經(jīng)驗值，按我實際使用經(jīng)驗該值的取值范圍為1～2，正?？梢匀≈禐?.5。

4、通運閘站800ZLB-100型軸流泵磨損及磨損補償實例

揚州城區(qū)內(nèi)河沿古運河及京杭大運河口門共有8座泵站，裝機(jī)28臺套，抽排流量42.2m3/s，主要為800ZLB型軸流泵，這是揚州城區(qū)防洪排澇的主要機(jī)組，其運行狀況的好壞，直接決定著揚州城區(qū)防洪排澇工作的成敗，因此，每年汛前都要對各個泵站進(jìn)行檢查，確定機(jī)組的工況，一旦發(fā)現(xiàn)磨損或損壞的，需要立即進(jìn)行維修或更換，以下就以通運泵站的800ZLB-100型軸流泵的檢查和維修情況為例。

通運閘站位于城區(qū)東南部七里河與京杭大運河交匯處以西700m處，是七里河的河口節(jié)制建筑物，由通運泵站和通運閘組成。該泵站安裝有4臺800ZLB-100型軸流泵，單泵流量1.0 m3/s。由于七里河沿河工況企業(yè)較多，且河道污水截流設(shè)施不完善，同時沿河多為莊臺農(nóng)田，河道水質(zhì)極差，水中漂浮物等雜質(zhì)較多，對水泵等設(shè)備的磨損和腐蝕均很嚴(yán)重。2006年3月，在汛前檢查時發(fā)現(xiàn)，3號機(jī)組磨損很嚴(yán)重，主要磨損集中在泵軸的軸套、軸承和葉片上，其中葉片由于汽蝕、雜物撞擊和污水腐蝕等，導(dǎo)致其中一個葉片斷裂1/3，另兩個葉片也有不同程度的銹蝕及汽蝕磨損。因葉片的失衡導(dǎo)致水泵運轉(zhuǎn)時的不平衡，引起了泵軸軸套的不平衡磨損，在軸套一側(cè)留下了寬3cm，深1mm的摩擦磨損。

經(jīng)與水泵生產(chǎn)廠家咨詢后，修理商提供了修理方案供選擇，詳見下表：

由上表可以看出，如按公式3-4來檢驗，葉片和軸套的磨損補償方式分別如下：

葉片：KL=3600-2800=800>0，應(yīng)采取修理的補償方式；

軸套：KL=3200-2600=600>0，應(yīng)采取修理的補償方式；

但是，結(jié)合實際情況可以發(fā)現(xiàn)，水泵葉片是水泵的核心部件，如果采用一個新葉片和兩個維修的葉片，其運行工況必定處于不平衡狀態(tài)，對水泵的整體運行工況也會有影響，根據(jù)對汽蝕的相關(guān)研究，水泵實際運行的的工作點，若偏離設(shè)計工作點較遠(yuǎn)時，泵汽蝕性能往往會比設(shè)計工況時差，因為這容易產(chǎn)生葉片脫落、撞擊及漩渦等現(xiàn)象，使局部流速加大，壓力降低，葉片設(shè)計不合理或制造不夠精確，泵汽蝕性能都有可能變壞。另外，經(jīng)修理的葉片的表面積由于汽蝕的影響比新葉片要大的多，其后續(xù)腐蝕也更容易發(fā)生。軸套作為泵軸傳動的唯一摩擦部件，在水泵運行過程中的摩擦程度相當(dāng)劇烈，如果將軸套削薄，其與套筒的接觸不夠嚴(yán)密，更容易發(fā)生不平衡摩擦。而且由于軸套與套筒的間隙擴(kuò)大，將導(dǎo)致泵軸失去同心度，對泵軸的剛度有極大的損害，同時由于運行狀態(tài)的不穩(wěn)定，也會導(dǎo)致工作電流升高，能耗增加，從而增加水泵的運行費用。通運閘站作為一座水利工程，按照水利工程效益的分類，應(yīng)更多的體現(xiàn)水利工程的防洪效益。防洪工程不能直接創(chuàng)造財富，只有社會效益，是把修建工程后減少的受災(zāi)機(jī)會和減免的洪災(zāi)損失視為其效益。因此，如果3號機(jī)組經(jīng)維修后不能實現(xiàn)既定的功能，將會增加受災(zāi)機(jī)會，可能造成嚴(yán)重的社會影響和經(jīng)濟(jì)后果。綜合考慮后，決定，采取公式3-5來檢驗，結(jié)果如下：

葉片：KL=3600-1.5×2800=-600>0，應(yīng)采取更換的補償方式；

軸套：KL=3200-1.5×2600=-700>0，應(yīng)采取更換的補償方式。

據(jù)此，在實際維修過程中對葉片和軸套分別進(jìn)行了更換，更換后與其余3臺機(jī)組進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，其運行電流穩(wěn)定在110A以下，而其余3臺機(jī)組的電流則在100A-135A之間起伏，3號機(jī)組的運行工況要明顯優(yōu)于其余3臺機(jī)組。

5、結(jié)論

總之，在水泵等機(jī)械設(shè)備的運行過程中，對設(shè)備磨損情況的檢查和維修更新，是一項必不可少的工作，同時，這也是一項很復(fù)雜，涉及的因素很多的工作。本文只是結(jié)合筆者的實際工作，從經(jīng)濟(jì)分析的一個角度出發(fā)，進(jìn)行的一點探索，其中也有很多不成熟、不完善的地方，只希望對日后的工作有一定的幫助，以便在以后的設(shè)備維修和更新中能夠以最少的投資做多或最好的事。

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作者簡介：李建平（1980--），男，漢，本科，工程師，從事水利工程管理工作。