浙江省泵站更新改造中主水泵节能潜力的挖掘

项 春,崔梁萍,施高萍

(浙江水利水电专科学校,浙江 杭州 310018)

1 浙江省机电排灌泵站基本概况

浙江省是机电排灌比较发达的省份之一,根据2008年浙江水利统计年鉴,浙江省排灌动力保有量约为123万kW,机电排灌面积69.73万hm2(1046万亩),其中纯排涝面积4.87万hm2(73万亩)。全省固定排灌泵站58734处,总装机功率96万kW;其中单座为大型的泵站有5座,总装机功率为21580 kW;单座为中型的泵站有45座,总装机功率为52392 kW。浙江省固定泵站总装机功率占全国2395万kW总量的4%,位居全国第9位[1]。为切实提高防灾减灾能力,减少自然灾害对人民群众生命财产安全的威胁,省委、省政府提出实施浙江省泵站更新改造的战略,根据轻重缓急原则,浙江省2009年启动了为期5 a的大中型泵站的更新改造工作[2]。

在能源日趋紧张的今天,进行泵站更新改造,节约能源仍大有潜力可挖。依据泵站效率公式:η泵站=η泵×η电×η传×η池×η管,节能的有效途径就是提高主水泵、动力机、传动装置、进出水池和管路各部分的效率[3-4],本文针对浙江省泵站的现状着重从主水泵角度提出泵站更新改造过程中提高效率的有效途径。

2 主水泵的更新

《泵站安全鉴定规程》 (SL 316—2004)规定:4类水泵技术状态差,设备严重损坏,存在影响安全运行的重大缺陷或事故隐患,零部件不全,经大修或更换元器件也不能保证安全运行以及需要报废或淘汰的设备,故需对其整体更新;3类水泵总体上技术状态较差,主要部件有损坏,存在影响运行的缺陷或事故隐患,在正常工作范围内不能保证安全、高效、稳定运行,需要根据其老化程度、能耗大小和条件许可情况,决定是否对其整体更新。

2.1 水泵类型的选择

选择什么样的泵型将直接影响水泵效率。机电排灌泵站中使用较多的是轴流泵、离心泵和混流泵,3种泵型的比较见表1[5]。结构形式上主要有卧式、立式和斜式 (斜15,30,45等)。在浙江省的杭嘉湖、绍兴等低洼易涝区以低扬程的轴流泵为主,在金华、衢州、温州等以高扬程的离心泵为主。

由于混流泵比轴流泵的效率高,高效区宽,功率变化小,启动功率小,汽蚀性能好,噪声振动小,水位变化适应性好,在同样参数下比轴流泵的转速高、体积小,所以在更新改造过程中若这2种泵型均可采用的情况下应优先选用混流泵。

?

另外,潜水电泵的电动机与水泵等几乎所有的部件在制造厂家就已经组装成一体,结构紧凑,大大简化了泵站现场的组装工作,安装十分简便、快捷,可节省泵站总体投资30%左右,目前潜水电泵在全国的用量已达到10%左右。近几年由于潜水电泵机械密封技术有了很大提高,再加上增加了很多监控设备,潜水电泵的可靠性和使用寿命有显著提高,具有广阔的应用前景。

水泵选型一般步骤见图1。主水泵选型需要分析总结以往的运行经验,找出水泵运行中存在的主要问题,并严格按照新的运行条件和要求来选择水泵。在平均扬程时,水泵在高效区运行;在最高扬程和最低扬程下,水泵能安全稳定运行[6]。

20世纪80年代中期以来,我国一些研究机构研制出了一批新的水力模型,特别是最近几年为南水北调工程用泵研发的新的模型,它们具有流量大、效率高、高效范围宽、汽蚀性能好等特点,比较适合大中型泵站的更新改造需要。

2.2 水泵台数的确定

在建站投资方面,无论是机电设备费还是土建工程费,在设备容量一定的情况下,机组数目越少其投资就越小。

运行管理费用方面,通常是机电设备容量越大其效率就越高;机组数目越少,需要的运行人员及维修费用等越少。

保证性和适应性方面,机组数目越多,越容易适应不同时期的不同水量要求。从排涝泵站的保证性和适应性角度出发,通常需要选择必要的备用机组,一般占泵站台数的15%,且不少于1台,但若排涝标准取得高、排涝模数大的,或者泵站维护保养及时、管理水平高的,可以不用考虑备用机组,以减少投资。

对于不是经常满负荷开机的泵站来说,机组数以单数配置为好,以改善进水流态,一般建议按照3～7台 (套)机组配置,不超过9台 (套)。此外还需根据排区水域面积、河网的调蓄容积、河道淤积情况,综合考虑确定水泵台数。

图1 主水泵选型步骤图

2.3 水泵的制造、安装和运行

更新过程中,应充分利用新技术、新工艺,如:利用多维加工技术提高泵制造精度,使用不锈钢叶片,或叶片表面涂覆,采用新式水导轴承和免抬轴水泵调角器等,提高技术的含量,提高改造的经济效益,延长大修周期,降低改造后泵站的年运行管理费用。

水泵工作性能的好坏还与其安装精度有很大关系,如果安装精度不符合要求,不仅会降低水泵效率,严重时还将产生振动和噪声,引起电动机过热,以致不能运转。

水泵的运行需严格按操作规程启动、运行与停车,尤其要注意盘车。盘车的目的是检查泵轴转动是否灵活、泵与电机部件是否有刮磨杂音等,只有转动灵活了才能启动电机,否则可能将电机烧坏。判断泵内机件情况有无脱落,如果存在刮磨的现象,最好处理完再启动电机,否则可能造成机械损坏。在预热时可以充分预热,将叶轮或某部位的气体充分赶尽防止气蚀或抽空,将材料的热应力充分均匀分布,避免造成泵的气蚀现象,引起泵噪声大、振动大、效率低。

要加强水泵的维修保养,水泵运行一段时间后必将产生磨损,增加泵内的能量损失。为保证水泵能长期高效工作,应加强监督,及时进行维护保养,定期进行小、大修,并更换损坏的零部件。重点监测的对象是水泵的叶轮、口环、填料、轴承和地脚螺栓等。

3 主水泵技术改造

《泵站安全鉴定规程》 (SL 316—2004)规定:2类水泵技术状态基本完好,满足泵站运行要求,水泵只需局部修复,或更换一些小零部件;3类水泵需要根据其老化程度、能耗大小和条件许可情况,决定是否对其技术改造。

对于扬程、功率和转速等配套不当的水泵型号应予以调节或改造,以提高水泵的运行效率。这里所讲的改造主要是指叶轮和导叶的改型、其他主要或重要设备部件的综合配套改造等。

3.1 调 节

若原泵部件还有利用价值、有关条件成熟或具备,为避免浪费,一般先应考虑调节。调节可以扩大泵的使用范围,以满足泵站新的运行要求,提高运行效率。

调节方式有变角、变径、变速等,离心泵和小型混流泵一般可采用变速、变径调节;可调叶片的轴流泵一般可采用变速、变角调节;所有叶片泵都可采用变速调节。目前我国1.6～2.0 m及以下口径的轴流泵叶片调节普遍采用机械调节,2.8 m及以上口径的大泵采用油压调节。油压调节比较可靠,但它需要配外供油系统。机械调节可靠性相对较差,常常会出现起动时抬机、调节轴的轴承温度过高甚至烧坏等事故。

3.2 换泵和换叶轮

若在泵站原有水工基础上进行主水泵技术改造时,需进行性能复核,若符合要求,则更换原型号新的水泵或叶轮,若不符合要求,或原泵运行本来就存在问题,则把原泵或叶轮换成新的型号。

(1)换泵。要考虑新型泵与动力机和流道间的匹配等问题,它涉及泵的能量和汽蚀特性、水力振动、运行的稳定性等,所以在泵站原有水工基础上采用换泵的办法来满足新的运行要求,不仅代价较高,而且技术上比较复杂,通常要借助数模或物模试验来完成。

(2)换叶轮。仅涉及泵内的某一部件,因而改造投资可以节省,通常适用于大中型轴流泵或混流泵站的改造。在更换改型叶轮的同时,最好也更换导叶,如不换导叶,在同一流量下,水流必将在导叶进口的背面形成旋涡区,从而引起泵的效率降低,出口压力脉动。

3.3 主轴、轴承及填料密封改造

为减少泵的机械损失,提高泵运行效率,对已经磨坏的主轴,可在磨损部位加镶不锈钢套。在加工时为减小主轴磨损,在泵轴轴颈部位采用不锈钢、硬质合金进行堆焊,以提高轴承处轴表面的硬度。

导轴承的导轴瓦可采用耐老化、性能稳定和耐磨性能好的弹性金属塑料瓦。亦可采用一种用非金属弹性材料制成的轴瓦,该轴瓦材料为3次交叉结晶、热凝固性好的树脂制成的聚合物,具有低摩擦性、干起动能力,以及使用寿命长等特点,其使用寿命长,约为聚氨酯橡胶轴承寿命的4倍。

填料密封可采用聚四氟乙烯新型密封材料制作,它具有密封严、耐磨性好、起动前可不需加润滑水等特点,使用寿命大于8000 h,是常用填料密封寿命的3倍以上。填料密封的好坏将影响水泵的容积损失。

4 结 语

保证主水泵高效运行是提高泵站效率的重要环节,水泵的效率与水泵选型、设计制造水平、安装精度、运行工况及使用情况都有关。在泵站的更新改造工程中,需针对具体情况挖掘节能潜力,找出影响效率的各主要因素,并采取有效措施。需要指出的是,提高水泵效率的措施并不是孤立的,而是相互影响、相互制约的。因此,提高泵站的效率必须全面考虑,综合改造。

[1]崔梁萍,项春.浙江省泵站现状调研分析报告 [R].杭州:浙江水利水电专科学校,2007.

[2]崔梁萍,项春.浙江省大型灌溉排水泵站更新改造规划 (2009-2013)[R].杭州:浙江水利水电专科学校,2009.

[3]刘超.水泵及水泵站 [M].北京:科学技术文献出版社,2003.

[4]丘传忻.泵站节能技术 [M].北京:水利电力出版社,1985.

[5]关醒凡.现代泵技术手册 [M].北京:宇航出版社,1995.

[6]中国灌溉排水发展中心.泵站更新改造实用指南 [M].北京:中国水利水电出版社,2009.