水泵叶轮切削

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水泵节能技术在水厂中的应用郑少燕汕头市自来水总公司摘要：在实际生产中，水泵长时间偏离高效区间运行，造成电能极大浪费的现象在很多水厂的生产中普遍存在，它是传统水泵选型方法带来的弊端。通过水泵叶轮切削改造等方法可改变水泵的运行工况点，使水泵运行于高效区间内，达到节能的目的。关键词：节能水泵选型高效区间叶轮切削1．水泵节能改造技术应用的必要性在传统的净水厂设计中，进行送水泵选型时，首先考虑水泵应满足最不利工况点的要求，即以供水管网的最高日最高时用水量和压力来计算水泵的设计流量和设计扬程。根据此法选型的水泵满足了最不利工况点的要求，却忽略了对能耗的考虑。因为在净水厂的实际运行中，水泵在最不利工况点运行的时间相对较少，绝大部分时间是在平均流量和平均扬程工况附近运行，甚至长期在低扬程大流量工况运行，这样水泵有可能长时间偏离高效区间运行，此时水泵的泵轴功率已接近甚至超出配用的电机功率，而且水泵效率低，还容易发生汽蚀。在实际生产中，为了确保水泵的安全运行，也为了使水泵运行于高效区间内，只能通过关小出水阀门来改变管道特性曲线，从而改变水泵的运行工况点。此举使水泵安全运行于高效区间内，却致使大量的能量消耗在阀门上，造成电能很大的浪费。为了节约能耗，有必要对送水泵实施节能改造。水泵的节能改造，主要是通过改变水泵的运行工况点，使水泵始终运行于高效区间内，且运行工况与管网实际所需一致。改变水泵的工况点，通常可通过两条途径来实现：一是调速运行，即通过改变水泵的转速，来改变水泵的运行曲线，使水泵的出水压力与管网实际所需一致，从而达到节能的目的。变频调速是调速技术中最好的一种，它是解决能耗问题的最好方法之一，并已在国内一些水厂得以应用，且取得了很好的经济效益。但因变频调速设备造价较高，改造投入大，且调速1 设备的维修技术要求高，故此，变频调速技术在水厂的改造中暂时未能得到广泛推广。另一种改变水泵工况点的途径是叶轮切削改造，其原理是经过切削的叶轮，其特性曲线会按一定规律发生变化。根据切削后的运行参数，计算切削量，改变叶轮的外径，使水泵特性曲线按要求发生变化，从而使水泵运行于与管网实际所需一致的高效区间内，达到节能的目的。叶轮切削是改变水泵性能的一种简单易行的方法，在水厂的改造中已得到了广泛的应用。2．水泵节能改造技术的应用实例传统的送水泵选型方法带来的能耗问题在国内诸多水厂中普遍存在，尤其在八十年代末九十年代初，我国几家引进进口设备的水厂，问题更为突3出，我司新津水厂即为典型的一例。该厂的设计规模为40万m/d，水厂分3两期(各20万m/d规模)建设，分别于92年7月和94年7月建成投产。该厂送水泵采用德国KSB公司生产的RDL600-710A型双吸离心泵，水泵的3额定流量Q=3800m/h，扬程H=52m，功率P=710kW，转速n=991r/min，共七台。其中一台配变频调速电机，电机型号为HKJ145C09，电压660V，电机额定功率710kW，变频调速可调至840kW；另六台配10kV高压电机，电机型号为HKJ145C06，功率为710kW，转速为991r/min，七台电机均为奥地利生产。近年来，我司对该厂和市区的输配水管网实施了改造，使管道水头损失明显下降，所以出厂水压力要求相应下降。据记录，至98年，该厂出厂水压力只需0.30~0.33MPa。这样，水泵的实际运行工况点更严重地偏离了原额定工况点，此时，水泵出现汽蚀现象，电机可能超负荷运行，而且当时负责工程控制系统工作的奥地利公司也要求必须保证水泵在高效段内运行。所以长期以来，该厂都是通过关小送水泵的出水阀门，提高水泵的出口压力，从而减少水泵的出水流量，来降低泵轴功率，保障电机不超负荷，也使水泵处于高效段内运行。即所谓“以高能耗保安全”，因此大量的能量2 消耗在出水阀门上，造成电能很大的浪费。众所周知，电费在构成水厂制水成本的各项因素中所占比例最大，而送水泵房的用电则在水厂的几项用电中更是占了大头。在《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中，提出“提高水质，提高供水安全可靠性；降低能耗，降低药耗，降低漏耗”作为技术进步发展规划的主攻方向，“降低能耗”是供水企业增效、发展的重要手段，而水泵的节能改造则是“降低能耗”的基本手段。因此，为了提高水泵效率，节约能耗，也为了保证机泵的安全运行，必须对水泵进行节能改造，而最简便、易行的方法则是叶轮切削改造。从98年9月起，在上海凯士比泵有限公司的协助下，我们先后对新津水厂的六台送水泵进行叶轮切削改造。首先，确定水泵的设计点：根据水泵的运行记录及考虑到水泵至管网的管路水头损失和设计供水量等因素，水泵的设计扬程应在32~42m之间，并以38m作为设计点的扬程；由于不改变该送水泵房的输送水量，水泵的设计流量保持不变。故水泵的设计点3定为：流量Q=3800m/h，扬程H=38m,并可在H=32~42m区间高效率运行。再以KSB公司提供的RDL600-710A型原型水泵的性能曲线为依据，根据水泵切削叶轮的经验公式，计算得出切削后水泵的叶轮外径为3D=600mm。其相应的性能参数为：Q=4540～3800～3240m/h，H=32～38～42m，η=84～88～86%。据此，将该厂的六台RDL600-710A型水泵的叶轮外径从640mm切削至600mm。改造后，在实际运行中，将出水阀门完全打开，水泵的出口压力降至与管网的需求压力一致，电机不会超负荷运行，水泵也不会出现汽蚀现象，更不会将大量能量消耗在阀门上，达到了节能改造的目的。改造后新津水厂的平均单耗大大地降低了，经济效益显著。虽然改造后曾因水泵叶轮的材质问题及水泵在夜间超出高效段运行等原因而导致汽蚀现象的产生，经更换为不锈钢材质的叶轮及调整水泵的运行工况后，水泵的运行稳定、安全。可见，水泵的节能改造是成功、可取的，是值得推广的。3 3我司的老水厂之一庵埠水厂，目前的净水生产规模为20万m/d，其3##送水泵房原总设计能力为40万m/d，共安装八台水泵，其中1~7为大泵3#（型号为20SH-9，Q=1548~2448m/h，H=66~50m），8为小泵（型号为314SH-9A，Q=1170m/h，H=65m）。近年来，由于市区输配水管网是按月3浦水厂远期80万m/d的规模进行扩建改造的，但目前月浦水厂的生产能力3只达到20万m/d,其出厂水的压力只在0.17~0.23~0.30MPa之间。相应地，目前庵埠水厂的实际送水压力在0.18~0.24~0.32MPa之间。与新津水厂相似，也存在着水泵的实际运行工况点严重偏移了额定工况点的问题，在实际运行中，也必须通过关小送水泵的出水阀门，提高水泵的出口压力，使水泵运行于高效区间内，因此也必须对其进行节能改造。根据庵埠水厂的实际情况，拟采用换泵改造。在水泵选型时，摈弃传统的水泵选型方法，采用如前所述的三个工况点作为水泵的控制点进行选型。由于该水厂的送水受到邻近月浦水厂送水的影响，所选水泵必须可长期适应月浦水厂送水的变化。根据月浦水厂送水泵的远期控制扬程（设计点为39m,小流量点为35m，大流量点为45m），以及两个水厂输水管路的连接情况，计算得出庵埠水厂送水泵的远期运行控制点即送水泵的三个工况33点为：设计点(Q=8333m/h，H=42m)，大流量点(Q=10000m/h，H=37m)，3小流量点(Q=6600m/h，H=50m)。根据上述三个工况点的控制参数，我们选用五台RDL500-640A1型水泵（叶轮外径D=645mm）以更换原有水泵,通过不同的组合运行，可满足20万吨／天规模不同时段、不同压力的送水要求。RDL500-640A1型泵（叶轮外径D=645mm）的高效运行区间为333(Q=2800m/h，H=42m)～(Q=3312m/h，H=37m)～(Q=2016m/h，H=50m)。由于目前庵埠水厂的实际送水压力只在0.18~0.24~0.32MPa之间，与所选水泵的扬程还有差距，因此现阶段应将水泵叶轮进行切削，将水泵扬程降至18~24~32米，使水泵的运行工况与管网实际所需相符合，从而达到真正的节能效果。借鉴新津水厂的叶轮切削改造经验和方法，将4 RDL500-640A1型水泵的叶轮外径由645mm切削至580mm。切削后的3RDL500-640A1型水泵运行高效区间变为(Q=3300m/h，H=32m)～33(Q=3000m/h，H=24m)～(Q=2400m/h，H=18m)。以后如果管网的供水压力要求提高了，只需将水泵的叶轮换成适当的大外径叶轮，即可提高水泵的扬程，提高送水压力。若干年后，当月浦水厂的送水量达到80万吨／天的设计规模时，其出厂水压力将提高至设计压力（0.35~0.39~0.42Mpa），相应地，庵埠水厂的送水扬程将提高至H=37~42~50m。届时，也只需将RDL500-640A1水泵的叶轮换成外径D=645mm的大叶轮，而不需更换泵体和电机，即可满足送水要求。按上述改造方法改造安装的庵埠水厂送水泵，运行至今约两年以来，各台水泵机组运行状态良好，运行工况与管网实际所需相符合，机泵始终处于高效状态运行，既保障了水泵、电机的安全运行，又节约了大量能耗，取得了显著的经济效益。3．水泵改造的节能效益计算3.1.新津水厂送水泵改造的节能效益分析和计算：根据98年4~10月和99年4~10月新津水厂的用电量、产水量对比，可计算出该厂送水泵房改造后的节能效益。其节能效益应包括两部分，一是产水量乘以改造前后同期单耗的差值；二是由于99年的产水量比98年3同期的产水量平均增加1200dam/月，而总用电量并未增加，反而降低了，所以该部分增加的水量的相应电耗也应计入节约的效益内。经计算，99年.4~10月新津水厂送水泵改造后平均每月可节电约45万kWh，折合人民币约34万元／月，而定制已切削的水泵叶轮共计3万元，可见其经济效益显著。3.2.庵埠水厂送水泵改造的节能效益计算：根据机泵实际运行记录计算，改造后，庵埠水厂送水泵的平均单耗为：.3.30.093kWh/m，对比改造前的平均单耗：0.170kWh/m，该水厂送水泵改.3造后平均单耗下降了0.077kWh/m，比改造前节约能耗45%。以该厂近二5 33.年的平均年产量14270x10m计算，每年可节约电能约110万kWh，折合人民币约84万元／年，而新购水泵（近期先购三台）共计60万元，不到一年即收回成本，可见该厂的改造也取得了显著的经济效益。4．结语在水厂设计中，进行水泵选型时，应对水泵的运行工况进行排列分析，从水厂的投产初期、中期至达到设计规模，以及不同季节的供水量要求，和每日的供水量曲线等，都应有较深入的了解，以此来指导选用水泵，才能达到既满足供水要求，又能节约能耗。但传统的送水泵选型方法仅是以管网最不利工况点作为水泵的设计流量和设计扬程进行选泵，致使水泵长时间偏离高效段运行，造成电能极大的浪费。所以，在老水厂的改造中，水泵的节能改造是重头戏，其中，叶轮切削改造技术是水泵节能改造技术中最简便可行，最有效的一种方法，在水厂的改造中得以广泛应用。在水厂的改造中，无论是水泵选型，还是实施叶轮切削改造，均应根据供水管网的实际所需，以管网用水的平均流量、平均压力作为水泵的设计流量和设计扬程进行选泵或叶轮切削计算，同时兼顾大流量点和小流量点二个工况点均处于水泵的高效区间内。这样，通过改造，水泵的实际运行效率将大大提高，可大大降低能耗，具有显著的经济效益，不失为供水企业节能增效的重要举措。6