水泵节能技术途径论文

水泵节能技术途径论文（精选7篇）

水泵节能技术途径论文 篇1

一、水厂运行存在的问题

河南油田目前运行的四个泵站和四个水厂实际运行扬程低于额定扬程30~80m, 全部超出水泵的高效运行区, 运行在一个不经济的状态, 亟需改进。

二、改进措施

水泵效率损失由机械损失、容积损失和水力损失构成。其中水力损失主要取决于水泵过流部分表面光滑特性, 即表面具有光滑流线形水力损失最小。在不更换现有设备的情况下降低这三项损失就可以达到降耗的目的。

1. 采用水泵过流部件涂敷技术

目前在国内外已开发出的多种表面涂敷技术, 应用于不同的流体领域, 这些新材料各有特点, 通过调研, 选择适用于供水行业的几种涂敷技术进行比较 (表1) 。

据表1选择了表面粗糙度较好的贝尔佐纳的1341金属涂敷技术进行了试验。该材料的特点是, 可用于饮用水的涂层系统, 经检验达到美国国家卫生组织 (ANS/NSF61) 标准, 并符合英国供水规定第25款中的饮用水标准。1999年11月, 国家城市供水水质检测网武汉检测站也对送检的贝尔佐纳材料浸泡液出具了符合国家饮用水卫生标准的检测报告 (990111-1) 。由于该材料具有的特殊性能, 若在供水泵上使用, 一方面可有效降低液体对叶轮外缘的摩擦, 以及泵壳间液体做涡流运动产生的轮阻损失, 即有效降低水泵的机械损失。另一方面可有效提高泵体内壁及叶轮过流部分的表面粗糙度, 从而有效降低液体流经泵体内各部位的沿程摩擦损失, 并减少流道表面涡流的产生, 降低冲击损失, 达到降低水泵水力损失的效果。两方面综合作用的结果是可提高水泵产量, 降低运行电流, 降低耗用功率, 达到节能降耗的目的。在水厂4号水泵进行试验, 测试结果表明, 表面涂敷技术可提高泵效五个百分点以上, 技术改造后单台水泵年节电达9万kW·h, 由于具有较好的抗蚀性, 水泵大修周期也延长了2 000h以上。

2. 三元流叶轮改造技术

三元流动理论的先进性在于充分考虑水在泵内流态, 在流量、流速、型线的基础上采用三元流动迭代算法, 计算出流速在叶片各点的三元流动解, 用计算机完成定型设计, 主要是从优化叶片的入口角β1和出口角β2出发, 改善过流部分的水力流态来降低水泵内的水力损失, 提高泵效, 降低能耗。改型叶轮流速低于原型叶轮, 特别是叶轮出口段, 改型叶轮呈加速, 而原型叶轮为减速, 因此改型叶轮减少了出口分离涡流, 降低了流动损失, 提高了水泵效率。

水厂1号和2号水泵技术改造前后对比测试结果表明, 水泵安装新型三元叶轮后节电效果明显, 在水泵产水能力没有减少的情况下电机运行电流降低, 平均节电率达到16%, 可实现全年节电32万kW·h。

3. 水泵变频调速技术

近年来变频调速技术被广泛应用在水泵等流体机械上。在供水系统的应用中, 变频调速采用两种供水方法:一是变频恒压变流技术, 二是变频变压变流技术。前者应用广泛, 后者技术结构更为合理, 控制难度相对较大。

恒压供水方式就是针对离心泵“流量大时扬程低, 流量小时扬程高”的特性, 通过恒压变量变频调速技术保持供水泵房总出水管压力不变, 以达到改变水泵出水量的方式。变压供水方式控制原理和恒压供水相同, 只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定, 而是沿管路特性曲线移动, 当流量变化时, 转速随时调工况点。变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费, 显然优于恒压供水。但变压供水本质上也是一种恒压, 不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定。

水泵变频恒压变量供水较传统供水方式节能20%, 水泵变频变压变量供水较传统供水方式节能35%。根据不同的供水特点和不同的使用场所, 可选择不同方式以发挥各自的优势, 恒压变量方式供水压力基本恒定, 在水量波动幅度小、用水压力基本不变的工业企业生产供水系统较适用。水泵变压变量方式适用于日水量变化大、管网复杂的城镇生活供水系统。

河南油田在供水系统采用了水泵变频恒压变量控制技术, 采用并联方式注入变压信号, 通过PID调节仪的过滤后, 可实现无扰切换。经直测法计算平均节电率20%, 年节电14万kW·h。并实现了水泵的软启动, 降低了电气和水泵的故障率。

三、结语

河南油田水厂 (泵站) 分别采用了三项改造技术进行试验和探索, 都取得了较好的应用效果。

参考文献

[1]金树德, 陈次昌.现代水泵设计方法[M].北京:北京兵器工业出版社, 1993.

[2]郭立君.泵与风机[M].北京:中国电力出版社, 1997.

[3]李明, 王六玲.全三元流理论在离心泵叶轮优化改型设计中的应用[J].云南大学师范报, 1994, 1.

[4]刘殿魁, 刘力等.供水泵站节能改造的新途径[J].给水排水, 2000, 5.

[5]GB3216-1989, 离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法[S].

供水泵站水泵节能改造技术及效益 篇2

1.1 数据采集及分析

(1) 数据分析对于机泵节能降效改造有着非常重要作用;对机组运行相关数据进行采集, 如电机电流、功率、管网压力、流量等数据采集, 有条件情况下, 首要采用PLC数据采集, 方便提取相关数据, 并分析离心泵运转相关曲线, 计算各机组的配水电耗等数据。

(2) 对症下药:通过数据分析, 找出主要问题改善方法, 做对比方案分析, 并考虑经济成本, 改造难度, 节能效果等等因素。

1.2 提升水泵的运转效率

不同型号的水泵有着不同的运转效率, 例如:双吸离心式水泵的运转效率通常在80%-85%, 然而, 在实际工作时, 很容易出现水泵配置不合理, 无法同现实工况有效配合等现象, 通常会导致水泵运转的工况点远离高效区, 使得水泵潜在的运转能力得不到充分发挥, 影响其工作效率。经过实践分析表明:一些水泵在实际运转时效率仅达到设计标准的一半。对此可以选择下面解决对策:

(1) 切削叶轮。可以从水泵的叶轮入手, 适度地加以切削, 从而优化其性能, 以此来提升其运转效率。然而, 叶轮切削模式的使用方法的利用条件相对有限, 一般适合水泵运转所在地叶轮切削程度最高的范围内, 同时比转速也会影响离心泵的最大切削量。

(2) 调换水泵。如果水泵工作的地方距离高效区较远, 就不适合选择叶轮切削模式, 取而代之是要科学地更换水泵, 根据工况需求来进行适应性选择, 以此来确保水泵运转效率, 从而获得良好的经济效益。

1.3 安装调速水泵

离心式水泵通常适合工业用水、居民日常供水的服务, 水泵的特性曲线和供水管道的阻力曲线交叉处的工程概况会在很大程度上影响离心式水泵的输出特性。

为了达到节能经济的目的, 一边可以选择具有变频调速功能的电动机, 依靠其科学调整水泵的运转速率, 从而使水泵灵活适应不同的工况。水泵的功率消耗会随着其转速的降低而降低, 从而节省更多的能源, 实践证明在变频器的帮助下, 节电率达到20%-50%。

1.4 注重设备的维护

一般来说, 根据实际使用情况, 定期对水泵机组维护保养工作, 更换轴承润滑油, 打开水泵盖检查叶轮气蚀情况, 轴套磨蚀情况。

(1) 泵叶气蚀严重情况:找出气蚀原因, 并对叶轮进行修补, 可在叶轮表面选用涂环氧树脂或合金粉末喷涂等方法修补。

(2) 更换水泵填料:用泥状软填料代替石墨盘根和碳纤维盘根, 减少维修率, 保护水泵轴寿命, 密封泵轴, 减少汽蚀现象。

1.5 优选水泵节能改造策略

(1) 首选用国家节能产品, 淘汰高效能电机、水泵、阀门。

(2) 一些生产制造企业, 由于生产, 需要较高的供水水压, 而且一日之内水体需求变化程度也较大, 这样就对供水泵站提出了新的要求, 可以调整变频设备数量, 在此基础上来科学掌控阀门开度, 最终达到水压调节的目的。这样不仅能够满足企业的用水需求, 也能达到节能降耗的目的。

(3) 如果水泵处于非调速运转状态, 同时, 其工作所在地同设计的规定出入很大, 而且也无法通过采用其他方法来优化其运转效率, 此时, 可以考虑调换新的水泵。相反, 如果水泵机组的工作地点, 同设计的规定出入不大, 则不必调换水泵, 试着进行优化处理, 一般可以选择叶轮切削法, 以此来调整其运行曲线, 从而提升其运转效率。通常来说, 此时水泵的性能不会发生变化, 而是其性能参数出现了一定程度的优化, 所以, 这种方法适合用在离心水泵。

2 改造实际例子分析

某地级市供水厂, 泵站中配置了5个离心水泵, 其中有四个20sh-9A水泵的扬程达到500千帕, 额定流量达到1960立方米/小时, 所安装的电机, 功率达到400千瓦, 转速也达到970圈/分。额外的另一台中内部设置了变频调节设备, 发挥系统调压功能, 其扬程达到440千帕, 额定流量仅为1300立方米/小时, 所选择的电机功率达到220千瓦, 转速达到1500圈/分。

总体上, 这样的泵站水泵配置能够满足整个城区的供水服务, 城区内部的用水需求也基本得到了满足, 然而, 经过长时间观察供水资料信息可以看到, 该供水厂供水压一般达到0.36兆帕, 水泵运转过程中, 其设计的扬程却未得到充分利用, 实际所用扬程仅为67%。这样的运行扬程导致了水泵无法有效运行, 进而水泵的运行效率低下。

2.1 优化与改造方案

(1) 叶轮切削方案。依靠原有的水泵叶轮, 参照切削规律和原理, 并结合泵房的现实工作水平, 以及供水实际需要的扬程、流量以及所需功率等等, 来科学切削水泵叶轮, 从而达到水体有效供应与供应量调节的各种需求。

因为该供水单位泵站所选的水泵为20sh-9A型, 其比转数为90, 同时已经被切削了一环, 在此基础上继续切削, 那么其扬程则要达到0.42兆帕。

经过专业的叶轮切削技术指导, 实行切削改造后, 水泵运转效率显著提高, 而且其运转中的负载也急剧下降, 防止了超载问题, 电机运转也得到极大的优化和提高。然而, 这也使得水泵供水能力受到不良影响, 同初始状态对比起来, 流量有所下降, 下降幅度达到5%。而且这种方法所适用的范围十分有限, 仅仅可以优化并改善水泵的性能参数。

(2) 换新型号的水泵。将原来的水泵替换掉, 换成KBS50-500的型号, 实际的参数为3150立方米/小时, 扬程达到0.38MPa, 电机功率达到400千瓦。

经过计算得出:P有效=317千瓦,

P轴功率=360千瓦

一般来说, 在不考虑额外损失的前提下, 电机输出功率和水泵轴功率大体相当, 这样就可以得出:水泵实际工作时的功率392千瓦, 小于400千瓦, 达到了电机功率的要求。

2.2 方案的对比

这两类方案都有不同的优势和劣势, 叶轮切削无需投入大量资金, 然而, 却达不到预期的节能效果, 水泵只是性能参数发生变化, 然而, 从根本上来看水泵的性能依然未达到改变, 无法满足高效节能工作的效果。

第二种方法更换新的水泵, 这种方法通常需要大量的资金投入, 而且需要一个系统、有条理的施工程序, 其周期也较长, 然而, 水泵型号经过调整更换以后, 水泵的运转效率得到了充分提高, 也达到了最佳的节能减耗效果, 值得深入研究和长远发展。综合对比看来, 由于更换水泵型号能够达到预期的节能效果, 其运转效率能够得到有效提高, 相比之下, 更适合考虑调换新型号的水泵。

2.3 节能改造的结果

通过对其中两台水泵型号的调换, KBS50-500型号的水泵, 其固定设计的流量为3150立方米/小时, 扬程达到0.38MPa, 经历了一段时间的运转与使用, 最终的工作运转信息如下表:

经过调整水泵型号, 最终得到的水泵运转工作效率:

经过水泵型号调换的节能改造后, 能够维护管网0.34兆帕的压力不变, 此时水泵的供水量显著提高, 上升至3350立方米/小时, 其供水量也得到了显著提升, 提升效率达到20%, 水泵运转效率也急剧提高, 同未改造前相比, 效率提高了20%。

总的看来, 经过水泵型号调换的节能改造后, 水泵的耗电量明显减少, 对应所缴纳的电费也减少, 经过总的分析和计算, 水泵的电能年节省量得到了将近64000000千瓦.时/台。

3 节能改造的效果分析

经过一年时间内一系列的水泵节能优化改造, 水泵的耗电量显著下降, 电费成本明显降低, 供水企业的供水成本得到了控制, 总体来看企业收获了较高的经济回报。正是由于这种试验性改造收到了较好效果, 该自来水公司决定扩大改造规模, 逐步实现厂内供水设备的全面改造、升级, 最终受到节能、降耗、控制成本的理想效果。

4 总结

供水泵站水泵节能改造是十分必要的, 水泵的耗电量高低关系到供水单位的经济效益, 影响到供水经济收益。通常来说, 城市建设规模较大、速度较快, 而且项目建设变数较多、变化较大, 这样就无法有效预测、分析其所需的供水量, 从而可能出现水泵扬程得不到充分利用, 造成巨大的资源浪费现象, 必须加强对水泵的节能改造, 从而确保水泵的工作效率和效益。

参考文献

[1]毛正孝, 赵友君.泵与风机[M].北京:中国电力出版社, 1999.

水泵节能技术途径论文 篇3

某发电厂装有2台125MW汽轮发电机组,配备XJ48-18型循环水泵4台,每台机组含2台循环水泵,采用并联、母管制方式运行,组成闭式循环系统。该泵设计参数:设计扬程为23m;设计流量为13 200m3/h;电机转速为370r/min;电机额定容量为1 250kW。循环水泵的运行方式是在炎热夏季采用三泵两机运行方式,其他季节采用一泵一机运行方式。在一泵一机工况下,泵出口压力为0.175MPa,实际泵扬程约15m。电机电流平均为119A。从泵的实际运行参数可见,泵实际运行工况严重偏离最优工况,运行效率很低。因此,针对发电厂循环水泵能耗高、效率很低的情况,对循环水泵进行了节能技术改造,采用二元准正交迭代法开发了超高比转速高效离心泵叶轮,并研究了新叶轮与原泵壳的流动匹配性能,从而实现在电机和泵壳部分基础结构等所有条件都不变的情况下,对转换轮等关键部位进行有效地更换,达到提高运行效率,降低能耗的目标,最终取得了显著的经济效益。

2 国内外循环水泵节能技术研究现状及发展趋势

现在国内使用的水泵类产品,与世界先进国家相比较,不论是在可靠性还是性能方面,都存在较大的差距,笔者经过分析,认为这种差距主要表现在实际运用的故障方面,出现故障率较高,在效率指标之间的相互差异大概是5%~10%以上[1]。在实践的具体运用过程当中,由于在具体选型方面不正确,或者在制造加工方面没有过高的要求,导致实际加工不良,有些产品与样本所给定的流量扬程指标之间的差距很大,往往达不到要求。

在20世纪60年代,我国的泵产品不管是在生产技术,还是在水利模型等方面,都较为落后,并且在科研方面所投入的资金明显不足,而且在制造工艺水平上面均无法和其他先进国家技术相比较[2]。然而,水泵产品在国际上发展迅速,不论是在前期的产品设计,还是在后期具体的制造加工方面,与我国相比较都较为先进。与此同时,在现代社会当中进行实际运用的大型水泵,在选用的过程当中均不是直接选用已经定型的产品,而是根据工程当中所体现出来的实际情况,加以全面有效地设计和制造,从而实现全面的优化操作,提高运行效益。

近几年来,我国抽水蓄能电站在社会发展中和建设中起到了重要的作用,一些大型引水或者调水工程的具体实施在一定程度上对于泵产品的设计以及加工等方面,都提出比以前更高的要求,因此水泵行业也面临着更多的挑战。在大型引水工程当中,国家对于水泵的具体使用都有着明确的要求,在实践中都需要按照IEC497的蓄能泵模型验收试验国际规程要求,进行进一步的加工和实际制造[3]。

3 循环水泵节能技术改造目标

该项目的主要内容,是根据某发电厂的循环水泵在实际工作运用中,针对转速离心泵节能技术方面进行有效地开发,通过实践技术方面的全面提升和加强,对于水泵的技术进行有力的健全和完善,将运行效率在实践工作当中全面有力地加以提升[4]。在实践当中,水泵量在保持不改变的前提下,有效地将电机电流加以减少,这样能够有效地实现节能作用,同时进一步达到减免消耗的目的。根据原泵在实际运用中的实测结果,循环水泵在工作中对机组提供有效的循环水源,通过对其进行节能改造技术方案的研究分析,认为经过改造之后保证其在10 A电流以下进行工作,然而每台泵在工作的时候流水量都能够达到17 000 m3/h,这样在很大程度上降低了总体的消耗。

4 循环水泵节能技术改造方案

该项目在具体实施过程中,都对关键部位进行过处理,然而在对泵壳以及管路方面都没有进行改造,也就是说在进行技改时,其他所有条件均不变,只是在转换轮等几个关键部分进行实施改动,以此有效地达到节能降耗的目的[5]。这种技改的处理方法,笔者认为其主要特点就是不仅在投资方面能够保证成本投入,而且在效果方面却能够尽快地体现出来,有着较好的效果呈现在实际运用当中。

目前我国泵行业基本采用木模整体铸造的方法制造水泵叶轮等通流部件。由于高比速离心泵叶片为扭曲叶片,木模整体铸造叶轮会产生较大偏差,叶轮过流表面也较为粗糙。在制造该项目所用循环水泵技术改造新叶轮时,采用了铸焊结构,即叶轮的叶片及前、后盖板分别铸造,叶片利用专用机床按给定的三维坐标点精确加工到位,前后盖板过流表面利用机床精确加工到位[6]。叶片按特定的工艺定位于后盖板上,并进行组焊。叶轮外形尺寸在完成正火加上回火处理后加工到位。

叶轮出厂前进行静平衡试验及探伤检查。叶轮尺寸偏差按IEC497(蓄能泵模型验收试验国际规程)中有关规定执行。新叶轮叶片型线最大误差0.8mm,80%的过流表面粗糙度达到3.2μm,其余不低于6.3μm。叶轮最大外缘上的不平衡重量不大于30g[7]。

5 验收结果

从现场的实际运行情况来分析,可看出叶轮在运行工作当中比较平稳,不管是在噪声还是在震动等方面,与原先使用的泵产品相比都体现出明显的优越性。对此,针对改进之后的水泵,在实际中对性能方面做过有效的实验。

5.1 试验方法

试验泵单台运行并通过调整该泵出口蝶阀调整循环水量,试验共对2台泵进行了3~4个工况点的性能测试,测量项目包括循环水流量、水泵进出口压力、循环水温度和电动机输入功率等。

5.2 试验结果

循环水泵改造后的试验共做了3个工况点,改造后高效运行范围在13000~17600m3/h,实测效率均在82%以上,最高效率达87.6%,而泵的最佳运行工况,也就是在设计点附近实现的,这样可以取得最佳的运行效果。根据改造前后循环水泵运行情况对比分析可知,在流量保持不变的情况下,水泵电流较改造前平均下降10A,可节电79kW·h,经济效益显著[8,9,10]。

综上所述,可以明确地看出经改进的应用水泵,能够取得明显的节能效果,有效地达到降低能源的目的,并且在现代社会诸多方面都有着广泛的运用,由此也可以看出其在今后的发展过程当中有着较大的发展空间。

参考文献

[1]张维红,邹节廉,刘卫平,等.200MW机组LW4-25型循环水泵及系统节能优化改造[J].中国电力,2006(9):19-20.

[2]牟法海,李春玉,张林茂,等.600MW超临界汽轮发电机组振动异常的原因分析及处理措施[J].河北电力技术,2011(2):17-19.

[3]吴喜东,覃大清,陈秀维.哈尔滨第三发电厂600MW机组循环水泵改造叶轮优化设计[J].电网与清洁能源,2009(7):28-29.

[4]张小辉,张大东.华能上安电厂4号机组循环水泵节能改造理论与应用[J].沈阳工程学院学报:自然科学版,2006(4):30-32.

[5]肖兴和,薛彦廷,沈一凡,等.苇湖梁发电公司32SA-19A型循环水泵节能技术改造[J].热力发电,2005(9):56-60.

[6]何卫东.节能出效益减排显“良心”——河北兴泰发电公司“十一五”节能减排纪实[J].中国电力企业管理,2011(1):43-44.

[7]陆力,李铁友,张计栓,等.呼和浩特发电厂循环水泵技改措施研究实施[J].内蒙古电力技术,2000(1):61-62.

[8]黄维贤,邱富学,陆力,等.循环水泵节能技术研究与实施[J].水利水电技术,2007(9):55-57.

[9]佛铁梁,廉麦霞.循环水泵节能技术改造在火电厂的应用[J].山西电力,2003(2):43-46.

大型泵站水泵技术改造途径与策略 篇4

关键词：泵站,更新改造,策略

水泵是泵站中最主要的设备,水泵的性能直接影响泵站的能源消耗、安全运行和维护管理,而能源消耗和维护管理直接影响泵站的运行费用。如果泵站的安全运行无法得到保障,则会威胁到人身和设备安全,不但影响泵站自身的经济效益,也会影响到社会效益的发挥。另外,水泵的各项性能指标是随运行时间的增加而逐渐衰减的,随着运行时间的增加,叶轮、泵轴、密封、轴承等部件因机械磨损、泥沙磨损、化学腐蚀等原因将会改变其尺寸,从而影响水泵性能指标;各受力部件的疲劳破坏将会影响其强度,可能造成设备损坏。因此,水泵和其他机械设备一样,都存在自然老化现象和更新改造问题。

在泵站改造中,水泵改造将会影响动力机、传动装置、管路等部分的改造,因此,泵站改造应该把水泵改造作为重点,进行多方案比较后选择最优方案。根据多年运行及泵站现场测试结果,对于效率低、能耗高的水泵应进行技术改造。而水泵效率包括机械效率、容积效率和水力效率,影响这些效率的因素有很多,因此,水泵改造的途径也是多方面的,应根据泵站的具体情况和用户的实际需要决定其改造方案。

1 设计或选择优质的水力模型

优质的水力模型具有水力性能好、流量大、效率高、高效区范围宽、工况调节范围宽的特点,可适应不同排灌工况的需要,而且泵空蚀性能好。

20世纪80年代以来,我国的科研单位按照ISO国际标准,研制了一批离心泵、轴流泵和混流泵模型,其性能达到了国际先进水平。这些水力模型在设计方法上综合考虑了影响水泵性能的多种因素,如叶轮旋转运动对叶片表面边界层的影响,进出口速度环量沿半径分布规律,叶轮进口前实际水流运动对转轮性能的影响等,在原设计方法的基础上进行了修正,使新叶轮更切合实际,取得了明显的效果。

2 更新水泵或更换零部件

对于以下情况,可以考虑更换零部件:(1)原型号的水泵指标可以满足复核后的泵站要求,而且目前尚无更好的替代产品;(2)磨损严重的零部件不多,而且市场上可以买到。

更新水泵就是购买与原来型号相同水泵替换报废的水泵。通常考虑以下因素:(1)原型号的水泵指标可以满足复核后的泵站要求,而且目前尚无更好的替代产品;(2)原泵自然老化严重,实际使用年限超过国家规定的寿命年限;(3)叶片和泵壳等过流部件的泥沙磨损和泵轴、轴承的机械磨损严重;(4)零部件无法修复或修复的零件多,修复价格接近新泵的价格。

3 改变叶轮直径及叶片角度[1]

对于离心泵和部分低比转数混流泵在以下情况可以考虑采用改变水泵叶轮直径的方法:(1)原型号的水泵指标与复核后的泵站指标不符;(2)原水泵在额定工况点的流量、扬程都大于泵站实际需要,而且运行效率很低;(3)泵站的运行工况变化幅度不大。

轴流泵、导叶式混流泵和大型蜗壳式混流泵都具有较大的轮毂,便于安装活动叶片及其调节机构,因此,通常把这几种水泵设计成叶片可调的水泵。这不仅对机组的启动、停车有好处,同时还能调节水泵流量和节约泵站能耗。运行管理人员应该充分利用该有利条件,根据需要调节叶片角度,以达到节能的目的。

对于大中型轴流泵和导叶式混流泵,常采用半调节和全调节叶片调节结构,当原型号的水泵指标与复核后的泵站指标不符时,可以通过改变水泵叶片角度的方法来改造水泵,以达到高效和安全运行的目的。

全调节有液压和机械调节机构,在水泵运行期间无需停机拆泵的情况下,可以很方便地改变叶片的安装角。半调节水泵则无叶片调节机构,只有在拆开水泵后才能改变叶片角。因此,在运行期间是无法改变安装角的。为此,半调节的轴流泵正确决定叶片的安装角就显得更为重要。因此,在确定叶片安装角时,应该在设计年份的扬程下,水泵流量必须满足灌溉排水的要求,而在多年平均的扬程下,水泵能在高效区工作,并与动力机、传动装置和管路系统配合好,使泵站效率最高。对于全调节泵,随时可以根据不同扬程变化来决定当时的最佳叶片安装角度,既能满足灌区(或排水区)扬程流量的要求,也能满足效率最高以及水泵不产生汽蚀和动力机不超载的要求。

4 改变水泵转速

采用改变水泵转速的改造方法时应考虑以下因素:(1)原型号的水泵指标与复核后的泵站指标不符;(2)泵站的运行工况变化幅度大,无法用恒定转速来满足各种工况下的高效运行;(3)原水泵在额定工况点的流量、扬程都大于泵站实际需要,而且运行效率很低;(4)有可能通过动力机或传动装置改变水泵转速,而且相对于其他措施是经济的。

水泵变速调节可以得到较好的节能效果,但不是可以无限制地变速,其最低转速一般不应低于额定转速的50%,最好处于75%~100%,并应结合实际经过计算确定,否则水泵效率会明显下降,从而影响整个装置的效率。必须指出,水泵也不能在临界转速附近工作,否则会发生共振现象而使水泵遭到破坏;水泵增速一定也要慎重,提高转速不仅可能引起动力机超载,而且可能引起汽蚀,还会增加水泵零件应力,甚至损坏零件,引起机械损坏。因此,增速一般不要高于额定转速的7%~8%。

调速节能方案是否成立与以下2个方面的因素有关:其一是调速后的泵站效率是否比调速前高。因为调速可以使水泵效率在实际工作扬程不变情况下的效率提高,如果为了便于调速把直接传动改为间接传动,则调速后的传动效率又会降低。因此,调速后的泵站效率是否能够提高应该通过详细计算才能知道。当泵站效率确定后,才能求出调速后节能效果,才能知道运行费用可以减少多少。其二,在很大程度上取决于调速方式的选用及调速设备的造价。研究各种调速措施、降低调速设备的价格是实现调速节能的关键。

改变水泵转速的方式主要有2种:一是改变电动机的自身转速;二是通过电动机和水泵之间的传动机构调速。前者又分为同步电动机的变频调节和异步电动机的变频调节,后者则可分为皮带传动的调速、利用齿轮变速箱的调速和利用液力祸合器、电磁祸合器的调速。

5 选择新泵型

如果原来的泵站参数有所变化,或原来所选的水泵不合理,而且用上述改变水泵转速、改变叶轮直径或改变叶片角度等方法都无法达到经济和安全运行的目的,应该考虑重新选泵的方案。

对于原规划不合理,或因为自然条件的变化,或因为原水泵站不能满足社会发展的要求(如设计标准提高),通过局部改造仍无法达到预期目的,在这种情况下,需要重建泵站。这时,选择工程投资少、运行费用低的水泵是非常重要的。

5.1 选型原则

1)应该保证在设计标准年份的扬程下,满足灌溉排水流量的要求。

2)选择的水泵在长期运行中,多年平均的装置效率最高,运行费用最少。

3)按所选的水泵建站,其工程投资和设备功率最小。

4)便于操作、维修和运行管理。

此外,还应该考虑当地的能源资源,以达到合理利用能源的目的。

5.2 选型方法

应“因站制宜”,综合考虑设备费、泵站投资、运行维护费用和可靠性素,进行技术经济对比分析,选择合理的泵型。

1)按设计年的扬程和流量选泵。

2)按中等年份的流量扬程选泵。

3)按设计流量和节能要求选泵。

5.3 多沙水源泵站的选泵

多沙水源泵站的水泵选型除满足流量、扬程、节约能源、减少投资和安全可靠等要求外,还应该考虑泥沙对水泵选型的影响,因为泥沙的存在会加快水泵过流部件的磨损。

从而降低泵站效率、增加运行费用,同时也将增加维修保养费用,给运行管理增加困难。

6 结语

我国泵站装备技术水平与国外发达国家相比整体上处于落后状态,在设计和制造水平上有相当大的差距,国外水泵的性能指标明显优于国内。因此,提高泵站技术装备水平和科技含量成为当务之急,应开展泵站更新改造关键技术研究,泵站水锤、空化和泥沙“三害”问题研究,泵站优化高度与仿真、自动化与信息化和管理政策研究等,从而确保大型泵站更新改造在技术上合理和经济上可行,实现泵站改造经济效益、生态效益和社会效益的最大化。

参考文献

水泵节能技术途径论文 篇5

水厂机泵的选型, 一般是按城市最高日, 最大时的需水量来确定的, 但管网供水显然不是恒定流量, 因此在部分时段里机泵都处于低负荷运行。水泵的特性曲线方程为:H=HX-SXQ2而管道的特性曲线方程为:H=HST+∑SQ2

式中H-水泵的实际扬程

Q-水泵的实际出水量

HX-水泵在Q=0时所产生的虚总扬程

SX-泵体内虚阻耗系数

HST-水泵静扬程

S-代表长度及直径已定的管道的沿程与局部阻力之和的系数

水泵装置的工况点是指水泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点, 也即为水泵特性曲线与管道特性曲线的交点。当曲线改变时, 工况点就会转移。二级泵站传统的运行方式是进行台数的切换或阀门调节, 水泵恒速运行。

根据离心泵的特性曲线公式:

式中:N-水泵使用工况轴功率 (kw) ;Q-使用工况点的流量 (m3/s) ;H-使用工况点的扬程 (m) ;r-输出介质单位体积重量 (kg/m3) ;η-使用工况点的泵效率 (%) 。

可求出运行在b点泵的轴功率和c点泵的轴功率分别为:

两者之差为:ΔN=Nc-Nb=R×Q2× (Hb-Hc) /102η

也就是说, 用阀门控制流量时, 有ΔN功率被损耗浪费掉了, 且随着阀门不断关小, 这个损耗还要增加。在水厂二级泵房水泵机组实际运行中我们常见的就是通过调节阀门的开启度来调节流量, 即通过增大管网的阻力来平衡水泵的工况 (使管道特性曲线变陡) 。因为管网的用水量是每时每刻都在变化的, 而二级泵站的分级也是有限的, 靠水泵台数的切换是不现实的, 所以常采用阀门节流措施。虽然使用阀门节流, 水泵的轴功率会随着流量的减少而减少, 且操作方便易行, 但从经济上看, 节流调节很明显是用消耗水泵的多余能量来维持一定的供水量;

而用转速控制时, 由于流量Q与转速n的一次方成正比;扬程H与转速n的平方成正比;轴功率P与转速n的立方成正比, 即功率与转速n成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法, 而是把电机转速降下来, 那么在运转同样流量的情况下, 原来消耗在阀门的功率就可以全避免, 取得良好的节能效果, 这就是水泵调速节能原理。

2 变频调速的基本原理

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系:

n=60f (1-s) /p公式 (1)

式中:f-水泵电机的电源频率 (Hz) ;p--电机的极对数;

P=T*n/9550公式 (2)

式中:P-水泵电机的轴功率 (Hz) ;T-电机的电磁转矩;n-电机的转。

由上公式 (1) 和 (2) 可知, 均匀改变电动机定子绕组的电源频率f, 就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢, 轴功率就相应减少, 电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。

3 水泵变速调节中不同运行方式的节能分析

目前, 随着科学技术的发展, 变速调节运行正成为发展的趋势 (其中, 变频调速是其主要方式) 。变速调节主要有二种运行方式: (1) 恒压变流量运行方式 (2) 变压变流量运行方式。下面, 我们从能量消耗的角度上来分析恒压变流量运行方式和变压变流量运行方式。

3.1 恒压变流量运行

恒压运行时的特性曲线如图3所示, 当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时, 压力保持不变 (恒为H0) , 由于水泵采用变频调速, 即有原来的满转速n变为n1, 理论上此时水泵需要消耗功率为Q2*H0, 虽然小于恒速运行时的消耗功率Q2*H1, 但仍大于管网此时需要的消耗功率Q2*H2。同恒速运行时一样, 多消耗的功 (Q2*H0-Q2*H2) 仍然是无效地消耗于管网之中。但从效率特性曲线图可知, 采用变速运行水泵的效率提高了 (由ηA提高到ηB, C点为D点的等效点) ;且这种运行方式供水品质优良, 可在任何情况下同时满足全网各用户对供水的流量与扬程的不同要求。

3.2 变压变流量运行

从图4特性曲线可知, 当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时, 由于水泵采用变速运行, 使转速从n调为n2, 并使水泵的出水压力刚好等于H2, 此时理论上水泵的输出功率为Q2*H2, 而此时管网需要消耗功率也为Q2*H2, 两者刚好相等, 水泵也达到其平衡工况点, 因此这种运行方式是最节能的。同恒压运行一样, 水泵的效率也提高了 (由ηA提高为ηB) 。

3.3 分析比较

从以上特性曲线图可知, 变速运行相对恒速运行来说, 是通过以下两个途径节能的:第一是提高了水泵的效率;第二是降低用阀门节流引起的压力损失。通常变速运行比恒速运行多节能12%左右。变速运行中, 虽然变压比恒压方式节能, 但并不能说变压就一定比恒压好, 而应根据实际情况具体分析。恒压运行无须知道流量, 只要有一个压力传感器就行;而变压运行是根据流量变化从而使压力作出相应的变化, 它必须知道用水量, 也就是说, 变压运行必须要有流量计, 因此, 变压运行的造价比恒压运行要高。

在水泵采用变速调节方式时, 采用恒压运行方式较安全及经济。在室内外供水系统中大多为此类情况;而在自来水厂中, 配水管网一般阻力都较大, 即管道特性曲线较陡, 应采用变压运行方式才能最大限度的节能。当然, 先进的调速设备价格较为昂贵, 一次投资较大, 因此不能盲目地认为变速调节就一定能节能, 当管网中有水塔和水池且其调节容积足够大时, 就没有必要采用变速调节了。

4 水泵变频调速控制系统的基本设计

目前, 国内在水泵控制系统中使用变频调速技术, 大部分是在开环状态下, 即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值, 以达到调速目的。系统主要由四部分组成: (1) 控制对象 (2) 变频调速器 (3) 压力测量变送器 (PT) (4) 调节器 (PID) 。系统的控制过程为:由压力测量变送器将水管出口压力测出, 并转换成与之相对应的4~20mA标准电信号, 送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较, 得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号, 该信号直接送到变频调速器, 从而使变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成输出为0~380V/0~400Hz连续可调电压与频率的交流电, 直接供给水泵电机。

5 水泵变频调速应用的注意事项

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。

5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。

5.2 定速泵对调速范围的影响

实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:

5.2.1同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。

5.2.2不同型号水泵一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

结束语

变频调速技术用于供水企业二级泵房水泵的控制系统, 具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源, 认真落实科学发展观的今天, 在供水企业二级泵房中使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技装置, 对于提高劳动生产率、降低生产能耗, 节约成本具有重大的现实意义。

摘要：在供水行业生产成本中, 电耗所占的比重最大, 因此要想减少自来水生产成本, 降低电耗是关键。本文介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、基本工作原理, 对二级泵站的水泵的几种流量调节方式 (阀门调节, 变速恒压调节, 变速变压调节) 从能量消耗的角度上进行了分析, 并指出了各调节方式的适用场合, 同时对二级泵站中水泵的变频调速系统控制过程进行了分析, 并且针对实际应用中应注意的问题进行了归纳总结。

关键词：变频水泵,二级泵站,节能,调速技术

参考文献

水泵节能技术途径论文 篇6

污水处理厂常用的水泵有离心泵、螺杆泵、隔膜计量泵、螺旋泵等。

1.1 离心泵

离心泵的泵体部分由叶轮和泵壳组成, 叶轮由电动机带动高速旋转时, 充满在泵体中的液体被带着转动, 由于离心力的作用, 液体离开叶轮时具有一定的压强, 并以较大的速度被抛向泵壳。与此同时, 在叶轮的中心形成低压, 使液体不断吸入, 这样, 液体源源不断地吸入泵内并产生一定的压强而排至压出管, 输送到需要的地方。

离心泵在出厂前在泵体上都有一块铭牌, 上面标有泵的型号、流量扬程、转数、轴功率和效率等有关离心泵性能的指标, 它表明了该泵的整体性能。

(1) 泵的流量。

又称输液量, 指泵在单位时间内输送液体的体积。表示流量Q的各种单位有L/s、m3/h等。

(2) 泵的扬程。

又称压头, 它表示泵提供给液体的压头, 用H表示, 单位一般简称“m”。通常一台泵的扬程是铭牌上的数值, 实际扬程比此值要低, 因为沿管路有阻力损失, 多少要由管路布置情况来决定。

(3) 泵的转速。

指叶轮每分钟的转速。转速有规定的数值 (额定转速) 。实际转速和规定转速不一致时会引起泵性能发生变化;增加转速可加大排水量, 但会造成动力机械超载或带不动, 且零件损坏。通常不允许改变泵的转速。

(4) 泵的轴功率。

泵的有效功率可用下式表示:

式中, N有效为泵对液体所做的有效功率 (W) ;ρ为液体的密度 (kg/m3) ;Q为泵的流量 (m3/s) ;H为泵的实际扬程 (m) ;g为重力加速度 (9.81 m/s2) 。

(5) 泵的效率。

是指泵的有效功率和轴功率的比值。轴功率一定时, 有效功率越大, 泵效率越高;反之, 泵效率就越低。目前, 一般离心泵的效率大约是60%～80%。

1.2 螺杆泵

污水处理中使用的污泥螺杆泵为容积式泵, 主要工作部件由定子与转子组成。转子是一个具有大导程、大齿高和小螺纹内径的螺杆, 定子是一个具有双头螺线的弹性衬套, 转子与定子相互配合形成互不相通的密封腔。当转子在定子内转动时, 密封腔由吸入端向排出端运动, 输送的污泥介质在密封腔内连续排出。一般螺杆泵均可实现反向排泥。螺杆泵可输出动力黏度达50 000 MPa·s的污泥, 污泥含固率可达60% (在污水处理厂使用时, 污泥含固率一般不超过8%) , 可以通过调节转速实现对流量的控制。

1.3 螺旋泵

螺旋泵提水的原理不同于叶片泵, 也不同于容积泵, 是一种特殊形式的提升设备。螺旋泵构造简单, 不需要真空泵、润滑冷却水泵等辅助机械, 螺旋叶片敞开安装, 维修保养都很方便。小于螺距的杂质都可以通过, 不会被污泥堵塞。螺旋泵转速低, 不会出现高速泵的气蚀现象, 而且磨损小, 即使有磨损, 修复也很容易, 因此使用寿命长、可靠性强。

螺旋泵的缺点是体积较大、扬程低, 不适用于高扬程泵站和水位变化较大的场合, 出水侧不能配压力管道, 只能是明渠或重力流管道。必须倾斜安装, 泵体体积也大, 因而占地面积大, 而且槽体敞开、容易挥发臭气。

2 污水厂水泵选型应注意的问题

在污水处理厂中, 水泵是整个污水处理运行过程中的重中之重。污水处理厂由于其进水水质特点, 大多使用特制的污水泵, 例如潜水排污泵和立式污水泵等。因此对污水处理厂水泵进行优化选型不仅会对污水处理投资造成很大的影响, 同时与节约能源和降低成本以及提高经济效益都密不可分。污水处理厂水泵的优化选型应遵循以下原则: (1) 在规定年份内, 水泵应满足扬程和流量的技术要求, 其运行工作点应控制在高效区范围内; (2) 在水泵长期运行的过程中, 应使多年平均扬程下的装置保持高效率和低运用费; (3) 在校核最高扬程下, 水泵能正常高效工作。表1给出了污水处理厂水泵的特点和使用场合。

3 水泵的节能技术

3.1 水泵调速节能技术

在绝大部分时间里, 系统需流量小于最大设计流量, 由相似定理可知, 调速泵的运行转速将比其额定转速低, 输出的轴功率也随之降低, 从而达到节能的目的。用调速方法来调节水泵的流量, 这是节电的有效措施。但并非所有水泵都需要通过调速来节能, 一般来说, 需要调速水泵占总量的20%左右, 对于大中型 (50～500 k W) 的水泵应大力推广调速。水泵采用变转速来调节工况时, 其效率几乎不变 (当负荷低于80%时, 才略有下降) , 且水泵类的负载特性, 是流量与转速的一次方成正比, 压力与转速的平方成正比, 轴功率与转速的三次方成正比, 即:

式中, Q1、H1、P1分别代表转速为额定转速n1时的流量、压力、功率;Q2、H2、P2分别代表转速为额定转速n2时的流量、压力、功率。

例如, 当转速降低到80%时, 流量减少到80%, 而轴功率却下降到额定功率的 (80%) 3=51%;若流量需减少到40%, 则转速相应减少到40%, 此时轴功率下降到额定功率的 (40%) 3=6.4%。因而, 通过改变转速来调节流量其节能效果是显著的。

由此可见, 对这类负载, 只要转速有较小的变化, 则功率的变化就很大, 可见调速节能的意义很大, 即通过调速, 能节省的泵功耗为:

由上式可知, 当负载转速调节量越大, 节约的功耗就越大, 同时, 由于负载转速的降低, 对提高负载的机械使用寿命也有极大好处。

3.2 功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热, 更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低, 大量的无功电能消耗在线路当中, 设备使用效率低下, 浪费严重, 由公式P=S×cosΦ, Q=S×sinΦ (S为视在功率;P为有功功率;Q为无功功率;cosΦ为功率因数) 可知, cosΦ越大, 有功功率P越大, 普通水泵电机的功率因数在0.6～0.7之间, 使用变频调速装置后, 由于变频器内部滤波电容的作用, cosΦ≈1, 从而减少了无功损耗, 增加了电网的有功功率。

3.3 软启动节能

由于电机为直接启动或Y/D启动, 启动电流等于4～7倍额定电流, 这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击, 而且还会对电网容量要求过高, 启动时产生的大电流和震动对挡板和阀门的损害极大, 对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后, 利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始, 最大值也不超过额定电流, 减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求, 延长了设备和阀门的使用寿命, 节省了水泵的维护费用。

4 结语

本研究针对污水处理厂常用的各种水泵分类进行了描述, 提出了污水厂水泵选型应注意的问题, 给出了水泵选型的指导性意见。从几个方面定性地分析了水泵的节能降耗技术, 给污水处理厂建设中采用节能降耗技术提供了帮助。同时, 为已建污水处理厂节能降耗技术改造提供了参考。

参考文献

[1]谢经良, 沈晓南, 彭忠.污水处理设备操作维护问答[M].北京:化学工业出版社, 2006

[2]纪轩.废水处理技术问答[M].北京:中国石化出版社, 2003

[3]张文钢, 黄刘琦.水泵的节能技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2010

水泵节能技术途径论文 篇7

关键词：污水处理厂,水泵选型,节能技术

作为污水处理厂重要设备之一的水泵, 其耗电量约占全厂总电能用量的38%左右。水泵能否高效运行直接对污水处理厂的污水处理效率和运行成本产生着至关重要的影响。但实际生产中水泵运行往往不能高效运转, 并且其能耗较大, 控制方式较为落后。因此水泵的优化选型即合理确定流量Q和扬程H值及采用节能降耗的新技术对降低污水处理厂的运行成本具有实质性的意义和作用。

一、例证节能技术对污水处理厂水泵的作用和影响水泵节能的因素

(1) 例证节能技术对污水处理厂水泵的作用。

以我公司下属一处理160000m3/d污水厂的配置为例, 其水泵在整个运行过程中起着不可小觑的作用。水泵的主要工作是提升进水, 回流污水, 排放剩余污泥和外排处理污水, 其中20kW以上使用变频器的水泵 (见表1) 。

使用变频器控制的水泵达到了以下几种效果:使泵机的转速在可控制范围, 取消了阀门调节和降低了设备的故障率, 最终节电效果明显。同时实现了电机的软启动, 使设备的使用寿命得以延长, 避免了对电网的冲击。水泵在低于额定转速的状态下运行, 降低了噪声对环境的影响;采用计算机控制技术则实现了系统的全自动控制, 提高了设备的稳定性和可靠性;使变频器具有了过载和过压、过流和欠压等自动保护功能及声光报警功能;自动化程度高, 操作简单, 且可与压力、液位、阀门等其他自控装置进行电气联锁。因此必须对变频器进行研究, 以至于更好地实现节能的功效。

(2) 影响水泵节能的因素。

①工艺运行状况及附属管线因素的影响。

当水泵流量低于设计流量时, 由于液流离心力的作用容易在泵出口处形成轴向旋涡, 轴向旋涡的存在使叶轮出口的液流从叶轮背面又返回到工作面, 造成二次回流, 使得水泵运行效率降低。此外工艺管线设计存在不合理, 例如管路弯头和阀门设计过多, 造成额外的水力损失。前池设计不合理或者水泵入口最小淹没深度不足, 均会诱发水泵进和出口产生旋涡的现象, 额外增加电能损耗。

②水泵效率因素的影响。

水泵效率与自身各种损失密切相关, 主要因素为机械因素所造成的损失、水力因素所造成的损失和容积因素损失:a.机械因素所造成的损失。包含叶轮圆盘粗糙造成与液体之间产生的阻力而造成的损失, 泵轴与填料密封装置之间产生摩擦力所造成的损失, 以及轴与轴承之间的摩擦损失, 其中以叶轮圆盘粗糙造成与液体之间产生的阻力而造成的损失为主。b.水力因素所造成的损失。这里的损失主要指液流进入吸入室和叶轮扩散管时过程中产生的摩擦力而造成的损失, 因流道转弯及收缩或扩大等因素所产生的阻力损失和液流流入叶道时产生的冲击损失。c.容积因素所造成的损失。水泵内部存在着许多间隙, 并且间隙两端的压力存在差异。液体通过间隙从高压侧向低压侧泄漏, 造成从泵内获得一定能量的液体并没有完全输送出来同时以节流损失的形式将能量损失掉。所以泄漏部位点通常有叶轮密封环、级间密封环和平衡轴向力装置。

(3) 水泵电动机效率的影响。

水泵电动机功率与水泵轴功率密不可分, 而轴功率与水泵实际流量、扬程等参数具有关联, 即

N =ρgVh/1000η (kW)

式中:ρ——水密度, 单位为kg/m3;g——9.8;V——流量, 单位为m3/h;h——扬程, 单位为m;η——水泵效率。

如果电动机设计选型不当, 电动机的适配功率与泵轴功率不相互匹配, 则出现“大马拉小车”的现象, 造成不必要的电能浪费。其次电动机效率与外部供电电压质量的好坏有关, 如果电源质量不合格势必造成更多的水泵电动机能耗。

二、水泵的优化选型

在污水处理厂中, 水泵是整个污水处理运行过程中的重中之重。污水处理厂由于其进水水质特点, 大多使用特制的污水泵, 例如潜水排污泵和立式污水泵等。因此对污水处理厂水泵进行优化选型不仅会对污水处理投资造成很大的影响, 同时与节约能源和降低成本以及提高经济效益都密不可分。污水处理厂水泵的优化选型首先应遵循以下原则:①在规定年份内, 水泵应满足扬程和流量的技术要求, 其运行工作点应控制在高效区范围内。②在水泵长期运行的过程中, 应使多年平均扬程下的装置保持高效率和低运用费。③在校核最高扬程下, 水泵能正常高效工作。

基于上述原则, 对水泵进行优化选型可从以下几方面入手:

(1) 确定水泵稳定运行工作点。

当水泵安装到特定的管路系统中工作时, 实际工作扬程和流量与泵本身的性能和管路的特性的关系密不可分, 即泵稳定运行时的工作点由泵性能曲线H—Q与管路特性曲线He—Qe决定 (见图1) , 两曲线的交点 (He, Qe) 即为运行工作点。图1中η—Q 为泵的效率曲线, 其上有一最大值点为泵的最高效率点;通常水泵运行的工作点应该位于泵的最高效率区内, 一般为最高效率点的92%左右, 只有这样水泵才能够高效运行。曲线H-Q的数值由水泵生产厂家提供, 曲线He-Qe的数字化则由具体的管路系统自然形成, 两者都具有固定性。可根据具体的管路进行流体力学计算, 曲线方程一般具有下列通式形式, 即: He=K+Be2与H-Q曲线方程进行联立求解, 即可解得泵的工作 (Qe, He) 。

(2) 确定流量Q。

针对流量变化不大的情况, 能较容易选对水泵流量, 直接根据流量确定即可。但污水处理厂的污水主要来自工业废水、生活污水和雨水径流等, 水量具有在时间段上的不确定性, 表现为在不同的时间段内, 流量差异较大。此时如果按某一峰值流量Qmax作为泵选型时所需的流量Q值, 结果可能造成所选泵大部分时间都运行在小流量工作点上, 偏离高效区, 增加运行费用和能量损失。如图2所示, 由于Q偏大, 为了使泵能稳定运行于Qe点, 只有减小出口调节阀的开度, 人为增加△h的能力损失, 增加运行费用因此对于污水处理厂这种变流量的场合而言, 一般可取Qe=Qmax/1.2较为合适。

(3) 确定扬程H。

在泵流量Q确定后, 同时可以确定泵进出口管径, 进而完成整个管路系统的布置, 管路装置的扬程He=K+Be2同时也可以确定获得 (Qe, He) 点。目前我国进行污水处理厂的设计时, 存在水头损失普遍偏高的情况, 进而导致水泵的扬程计算值偏高。从水泵的有效功率:Nu=rQH可以看出:r、Q一定时, Nu和H成正比, 因此降低水泵的扬程, 会有显著的节能效果。降低水泵的扬程可以采取以下措施:①各个结构总体布置要紧凑, 连接管路要短且直, 管材的阻力系数尽量要小, 减少水头损失。②改非淹没式的堰为淹没式的堰, 水流的落差可以大大减小。③利用地形实现污水自流, 弥补部分污水管路水头损失。

(4) 水泵具体选型。

根据可以明确的流量Qe和扬程He从水泵的产品样本中选出合适的型号。选用流量与扬程尽量达到设计要求且效率高的污水泵, 例如液下泵和潜污泵与普通卧式离心泵相比, 安装形式简单, 而且当直接能耗相等时, 液下泵和潜污泵的间接能耗大大小于通卧式离心泵的间接能耗。此外水泵机组尽量采用同一泵型, 以便维修管理, 不同流量大小搭配的水泵的型号尽量一致。

在实际选泵的过程中, 对于选出的泵所能提供的流量和扬程没有必要与管路所要求的流量Qe和扬程He完全相符。对于如何选用一个最优规格的水泵, 原则上就是根据视曲线He—Qe与曲线H—Q与 (Qe, He) 点的接近程度, 如果最为接近的即是最优规格的。但该过程实施的过程较为繁琐, 此时可借助一些专用的泵选型软件, 提高工作效率, 合理地对泵进行优化选型。

三、水泵节能的原则和技术改造具体措施

(1) 水泵节能改造原则

首先是从与水泵节能有紧密关联的附属工艺设施、水泵本体和配套电动机三方面入手, 关键是提高水泵和电动机的运行效率, 减少无功损失, 同时遵循即安全性、可靠性和经济性的原则, 切实保障水泵机组的安全运行和保障设备安全及人员操作安全。其次尽量节省投资, 对目前现有的装置和设备充分利用, 做到安全性、实用性与经济性的有机结合。

(2) 水泵节能技术改造的具体措施

(1) 工艺设计方面的节电措施。依据水泵产品样本, 在满足工艺要求的条件下, 选择效率高的水泵, 或者选用新型节能换代泵型, 如选用高效率三元流型节能水泵叶轮, 并经优良的铸造工艺制造, 使水泵的工作效率提高。

(2) 加强水泵的维护检修:①严格执行水泵检修质量标准, 提升泵内过流部件表面粗糙度。对于已经腐蚀的水泵表面, 利用现代防腐技术, 进行零件表面处理, 减少泵的内部阻力损失。为减少轴封摩擦引起的机械损失, 采用柔性石墨填料代替普通油浸石棉填料, 及时更换已经磨损的叶轮和口环、填料和轴承。定期调整转子轴向间隙, 防止叶轮口环和轴向间隙不当引起的容积损失。②改良泵的密封结构, 采用机械密封装置代换原填料密封装置, 以减少摩擦机械损失和减少泄漏。据已有测试结果显示, 采用机械密封与采用填料密封相比, 可减少泵轴功率消耗的3%左右, 使泵的运行效率提高6%左右。

(3) 水泵实际运行工况点的控制方面。当设计选型过于传统或者水泵容量选择偏大时, 泵的实际运行工况与其最佳工况点就会出现较大偏离。如果水泵长时间偏离高效区间运行, 就可能造成电能的极大浪费。对于离心泵和小型混流泵, 可通过切削叶轮和叶片, 或者更换小叶轮来降低泵的使用容量。通过改变叶轮直径, 使泵的特性曲线下移, 让实际运行工况点接近最佳工况点, 一旦水泵运行于高效区间内, 轴功率就会降低, 达到节能的目的。对于轴流泵和斜流泵, 可以改变叶片角度或前置导叶的叶片角度, 达到改变水泵的最佳工况。此外在运行上还可通过微机控制多台水泵并联运行的方式, 使负荷合理分配, 使扬程-流量特性曲线中的工作点处于高效区。

(4) 水泵的调速节电方面。对水泵进行合理调速, 使水泵以适应负载变化的需要, 达到降低输入功率的效果。以往对流量和扬程的调节是利用控制阀门开度大小来实现的, 一旦有一部分能量损失在调节阀上, 就加大了管道系统的阻力。在水泵技术改造时选用了2台ABB公司生产的ACS800型变频器, 对笼型异步电动机进行高效无级调速, 改善了水泵电动机的起动性能, 其节电率一般在30%左右, 调速范围从20%～100%, 是目前较为有效的节电技术措施。

四、结束语

水泵是污水处理厂运行的重要设备, 对水泵进行优化选型是污水处理厂优化设计和经济运行的重中之重, 并且与节约能源和降低成本, 提高经济效益都密切相关。如果对水泵采用变频调速、优化组合和污水源热泵等先进而又高效的节能技术, 将会大大降低污水处理厂的能耗, 从而节约运行成本, 并且会取得良好的经济效益。因此对于污水处理厂而言, 首先应加强对泵的优化选型工作, 努力保证水泵能够高效运行, 其次运用先进且高效的节能技术对泵类设备进行节能技术改造, 从而达到节能降耗的目的。

参考文献

[1]周军, 王艳军, 陈绍伟.污水处理厂水泵选型及节能技术的研究.节能与安全[J].2008 (6)

[2]徐庆华.污水处理厂水泵节电技术的实践与研究.节能与环保[J].2007 (7)

[3]蔡芝斌, 张志峰, 奚晓东, 华龙.污水处理厂水泵应用与节能改造.环境科学与管理[J].2006 (6)

[4]濮阳槟, 李伟.污水处理厂水泵机组的节能设计.电工技术[J].2005 (4)