永煤公司车集煤矿中央泵房排水系统节能技术改造

苗宇

摘 要：车集煤矿水泵运行工况没有使水泵自身性能与管网条件等达到应有的配合要求，以致水泵效率较低。为了降低煤矿能耗成本，需要对水泵重新进行技改设计。本节能技改方案介绍了通过提升水泵自身性能，整改系统存在不利因素，并按照系统最佳运行工况参数，定制高效节能水泵，提升水泵运行效率，减少无效耗能，达到节能减排的目的。

关键词：水泵 运行工况 效率 节能

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 现场运行概况

车集矿中央泵房排水系统正常情况下为2用4备（轮换开机），上午12：00-下午18：00开机一台，晚00：00-早8：00开机2台。在雨季或降水量增大时会增加水泵开机台数，制作方案时，按照两台泵同开时间平均10小时/天计算，压力参考管路上及在线监测数据。

通过对车集矿中央泵房排水系统进行现场测试与数据采集、调查测试分析，确认：其水质偏碱性，对流过部件腐蚀较严重，平均每1年更换一次设备；水泵偏离设计工况点运行，效率较低。（具体相关参数见表1）

2 现有水泵行业产品运行情况分析

目前在工业现用水泵中有以下几点。

设计效率：国产水泵75%～82%，进口水泵78%～85%。

运行效率：国产水泵65%～70%，进口水泵72%～80%。

以及现场设备维护不及时等现象普遍，造成水泵实际运行效率较低。

3 技改实施方案

3.1 主要使用高效叶轮替换原水泵叶轮，原水泵的基础等不做变动

3.2 三元流高效叶轮

三元流技术，实质上就是通过使用先进的泵设计软件《射流一尾迹三元流动理论计算方法》，结合生产现场实际的运行工况，重新进行泵内水力部件（主要是叶轮）的优化设计。具体步骤是：根据用户的实际情况，先对“在用”离心泵的流量、压力、电机耗功等进行测试，并提出常年运行的工艺参数要求，作为泵的设计参数；再使用泵设计软件设计出新叶轮，保证可以和原型互换，在不动管路电路、泵体等条件下实现节能或扩大生产能力的目标。

“射流一尾迹”三元流动。

目前应用的“射流-尾迹三元流动”理论，把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。通过这一方法，对叶轮流道分析可以做得最准确，反映流体的流场、压力分布也最接近实际。叶轮出口为射流和尾迹（漩涡）的流动特征，在设计计算中得以体现。因此，设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显著提高，以下简单介绍一下计算方法：叶轮机械内的完全三元流动，应用吴仲华教授创立的S1、S2，两流面理论可以用不同方法求解，一种是流函数方法，这一方法在数学上严谨，但物理上不太直观。另一种是直接计算流体流动速度的流面（或流线）迭代法，这一方法物理上比较直观，反映问题更接近实际，因此用此方法设计泵叶轮。泵叶轮内部由两个叶片、前后盖板组成一个完整的空间流场，观察者与叶轮同步旋转看到的是与时间无关的定常相对流动，要求计算空间流场中任何一点的相对速度的大小及方向，从而建立叶轮数学模型。在叶轮出口附近，还能计算出“尾迹”-脱离叶片表面的漩涡区的大小。在改造中，叶轮前后盖板是设计给定的，对于中间流道内的众多S1流面而言，先假定形状，逐步迭代修正至计算收敛，从而得出最接近实际的准确设计，得到在具体使用情况下，最合理的叶轮叶片曲线，满足对效率提升的要求。

根据水力分析，得出实际管网特性，与技改后的管网特性的对比。

泵的实际运行效率较低，泵内容积损失和涡流损失较大，泵的效率有提升的空间。根据水力分析，得出实际效率，与经过技改后的效率的对比。

运行的循环水泵处于高功耗状态下运行，改造后电机运行电流会大大降低，水系统会有更好的流量调节度。

3.3 高效稳流装置

传统的离心水泵工作时因水泵的叶轮高速旋转时在叶轮的吸水口处会形成涡流，由于涡流的产生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整体效率。高效稳流装置是由空腔导管、隔水板、预旋调节板等构成，在空腔导管中设置有隔水板，预旋调节板设置在隔水板的前端，其二侧向内的倾斜角与专用水泵叶轮的吸水口处向内的倾斜角向对应。当流体经过预旋构件后，水泵的入水由传统的单通道进入叶轮的吸水口而变成旋转进入且旋转的角度与叶轮转动方向一致，克服了水泵叶轮吸水口处的涡流现象，提高进水口的能效；同时可以改变泵本身的特性来完成运行工况点的调节，能够有效地扩展其高效运行区，改善离心泵在非设计工况点的水力性能。

4 节能技改方案结语

通过对我矿排水系统现场数据采集、节能诊断分析，运用 “三元流高效叶轮”等专利技术，平均节电率在10%以上，每年节约电费约52.9万元。

（1）水泵节能效益分析。

通过技改，对比技改前后实际运行电量，平均节电率在10%以上，根据最保守的计算模型，计算节电效益如表2所示。

（2）效益分析总结。

经技改后，该系统每年可节约以下几点。

①88万kWh电量。

②按照现有电价计算，直接经济效益为52万元。

③间接经济效益计算方式如下。

按每万度电折合3.5吨标煤计算，该项目产生的节能环保效益。

④每年可节省标煤约：309t。

⑤减少粉尘约：240t。

⑥减少二氧化碳排放量约：880t。

参考文献

[1] 杨立新，刘远.三元流技术在供水水泵节能改造中的效果分析[J].科技传播，2012（14）.

[2] 邢少伟，吴明，李龙.射流—尾迹三元流技术在水泵节能改造中的应用[J].中国设备工程，2013（10）.endprint

摘 要：车集煤矿水泵运行工况没有使水泵自身性能与管网条件等达到应有的配合要求，以致水泵效率较低。为了降低煤矿能耗成本，需要对水泵重新进行技改设计。本节能技改方案介绍了通过提升水泵自身性能，整改系统存在不利因素，并按照系统最佳运行工况参数，定制高效节能水泵，提升水泵运行效率，减少无效耗能，达到节能减排的目的。

关键词：水泵 运行工况 效率 节能

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 现场运行概况

车集矿中央泵房排水系统正常情况下为2用4备（轮换开机），上午12：00-下午18：00开机一台，晚00：00-早8：00开机2台。在雨季或降水量增大时会增加水泵开机台数，制作方案时，按照两台泵同开时间平均10小时/天计算，压力参考管路上及在线监测数据。

通过对车集矿中央泵房排水系统进行现场测试与数据采集、调查测试分析，确认：其水质偏碱性，对流过部件腐蚀较严重，平均每1年更换一次设备；水泵偏离设计工况点运行，效率较低。（具体相关参数见表1）

2 现有水泵行业产品运行情况分析

目前在工业现用水泵中有以下几点。

设计效率：国产水泵75%～82%，进口水泵78%～85%。

运行效率：国产水泵65%～70%，进口水泵72%～80%。

以及现场设备维护不及时等现象普遍，造成水泵实际运行效率较低。

3 技改实施方案

3.1 主要使用高效叶轮替换原水泵叶轮，原水泵的基础等不做变动

3.2 三元流高效叶轮

三元流技术，实质上就是通过使用先进的泵设计软件《射流一尾迹三元流动理论计算方法》，结合生产现场实际的运行工况，重新进行泵内水力部件（主要是叶轮）的优化设计。具体步骤是：根据用户的实际情况，先对“在用”离心泵的流量、压力、电机耗功等进行测试，并提出常年运行的工艺参数要求，作为泵的设计参数；再使用泵设计软件设计出新叶轮，保证可以和原型互换，在不动管路电路、泵体等条件下实现节能或扩大生产能力的目标。

“射流一尾迹”三元流动。

目前应用的“射流-尾迹三元流动”理论，把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。通过这一方法，对叶轮流道分析可以做得最准确，反映流体的流场、压力分布也最接近实际。叶轮出口为射流和尾迹（漩涡）的流动特征，在设计计算中得以体现。因此，设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显著提高，以下简单介绍一下计算方法：叶轮机械内的完全三元流动，应用吴仲华教授创立的S1、S2，两流面理论可以用不同方法求解，一种是流函数方法，这一方法在数学上严谨，但物理上不太直观。另一种是直接计算流体流动速度的流面（或流线）迭代法，这一方法物理上比较直观，反映问题更接近实际，因此用此方法设计泵叶轮。泵叶轮内部由两个叶片、前后盖板组成一个完整的空间流场，观察者与叶轮同步旋转看到的是与时间无关的定常相对流动，要求计算空间流场中任何一点的相对速度的大小及方向，从而建立叶轮数学模型。在叶轮出口附近，还能计算出“尾迹”-脱离叶片表面的漩涡区的大小。在改造中，叶轮前后盖板是设计给定的，对于中间流道内的众多S1流面而言，先假定形状，逐步迭代修正至计算收敛，从而得出最接近实际的准确设计，得到在具体使用情况下，最合理的叶轮叶片曲线，满足对效率提升的要求。

根据水力分析，得出实际管网特性，与技改后的管网特性的对比。

泵的实际运行效率较低，泵内容积损失和涡流损失较大，泵的效率有提升的空间。根据水力分析，得出实际效率，与经过技改后的效率的对比。

运行的循环水泵处于高功耗状态下运行，改造后电机运行电流会大大降低，水系统会有更好的流量调节度。

3.3 高效稳流装置

传统的离心水泵工作时因水泵的叶轮高速旋转时在叶轮的吸水口处会形成涡流，由于涡流的产生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整体效率。高效稳流装置是由空腔导管、隔水板、预旋调节板等构成，在空腔导管中设置有隔水板，预旋调节板设置在隔水板的前端，其二侧向内的倾斜角与专用水泵叶轮的吸水口处向内的倾斜角向对应。当流体经过预旋构件后，水泵的入水由传统的单通道进入叶轮的吸水口而变成旋转进入且旋转的角度与叶轮转动方向一致，克服了水泵叶轮吸水口处的涡流现象，提高进水口的能效；同时可以改变泵本身的特性来完成运行工况点的调节，能够有效地扩展其高效运行区，改善离心泵在非设计工况点的水力性能。

4 节能技改方案结语

通过对我矿排水系统现场数据采集、节能诊断分析，运用 “三元流高效叶轮”等专利技术，平均节电率在10%以上，每年节约电费约52.9万元。

（1）水泵节能效益分析。

通过技改，对比技改前后实际运行电量，平均节电率在10%以上，根据最保守的计算模型，计算节电效益如表2所示。

（2）效益分析总结。

经技改后，该系统每年可节约以下几点。

①88万kWh电量。

②按照现有电价计算，直接经济效益为52万元。

③间接经济效益计算方式如下。

按每万度电折合3.5吨标煤计算，该项目产生的节能环保效益。

④每年可节省标煤约：309t。

⑤减少粉尘约：240t。

⑥减少二氧化碳排放量约：880t。

参考文献

[1] 杨立新，刘远.三元流技术在供水水泵节能改造中的效果分析[J].科技传播，2012（14）.

[2] 邢少伟，吴明，李龙.射流—尾迹三元流技术在水泵节能改造中的应用[J].中国设备工程，2013（10）.endprint

摘 要：车集煤矿水泵运行工况没有使水泵自身性能与管网条件等达到应有的配合要求，以致水泵效率较低。为了降低煤矿能耗成本，需要对水泵重新进行技改设计。本节能技改方案介绍了通过提升水泵自身性能，整改系统存在不利因素，并按照系统最佳运行工况参数，定制高效节能水泵，提升水泵运行效率，减少无效耗能，达到节能减排的目的。

关键词：水泵 运行工况 效率 节能

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 现场运行概况

车集矿中央泵房排水系统正常情况下为2用4备（轮换开机），上午12：00-下午18：00开机一台，晚00：00-早8：00开机2台。在雨季或降水量增大时会增加水泵开机台数，制作方案时，按照两台泵同开时间平均10小时/天计算，压力参考管路上及在线监测数据。

通过对车集矿中央泵房排水系统进行现场测试与数据采集、调查测试分析，确认：其水质偏碱性，对流过部件腐蚀较严重，平均每1年更换一次设备；水泵偏离设计工况点运行，效率较低。（具体相关参数见表1）

2 现有水泵行业产品运行情况分析

目前在工业现用水泵中有以下几点。

设计效率：国产水泵75%～82%，进口水泵78%～85%。

运行效率：国产水泵65%～70%，进口水泵72%～80%。

以及现场设备维护不及时等现象普遍，造成水泵实际运行效率较低。

3 技改实施方案

3.1 主要使用高效叶轮替换原水泵叶轮，原水泵的基础等不做变动

3.2 三元流高效叶轮

三元流技术，实质上就是通过使用先进的泵设计软件《射流一尾迹三元流动理论计算方法》，结合生产现场实际的运行工况，重新进行泵内水力部件（主要是叶轮）的优化设计。具体步骤是：根据用户的实际情况，先对“在用”离心泵的流量、压力、电机耗功等进行测试，并提出常年运行的工艺参数要求，作为泵的设计参数；再使用泵设计软件设计出新叶轮，保证可以和原型互换，在不动管路电路、泵体等条件下实现节能或扩大生产能力的目标。

“射流一尾迹”三元流动。

目前应用的“射流-尾迹三元流动”理论，把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。通过这一方法，对叶轮流道分析可以做得最准确，反映流体的流场、压力分布也最接近实际。叶轮出口为射流和尾迹（漩涡）的流动特征，在设计计算中得以体现。因此，设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显著提高，以下简单介绍一下计算方法：叶轮机械内的完全三元流动，应用吴仲华教授创立的S1、S2，两流面理论可以用不同方法求解，一种是流函数方法，这一方法在数学上严谨，但物理上不太直观。另一种是直接计算流体流动速度的流面（或流线）迭代法，这一方法物理上比较直观，反映问题更接近实际，因此用此方法设计泵叶轮。泵叶轮内部由两个叶片、前后盖板组成一个完整的空间流场，观察者与叶轮同步旋转看到的是与时间无关的定常相对流动，要求计算空间流场中任何一点的相对速度的大小及方向，从而建立叶轮数学模型。在叶轮出口附近，还能计算出“尾迹”-脱离叶片表面的漩涡区的大小。在改造中，叶轮前后盖板是设计给定的，对于中间流道内的众多S1流面而言，先假定形状，逐步迭代修正至计算收敛，从而得出最接近实际的准确设计，得到在具体使用情况下，最合理的叶轮叶片曲线，满足对效率提升的要求。

根据水力分析，得出实际管网特性，与技改后的管网特性的对比。

泵的实际运行效率较低，泵内容积损失和涡流损失较大，泵的效率有提升的空间。根据水力分析，得出实际效率，与经过技改后的效率的对比。

运行的循环水泵处于高功耗状态下运行，改造后电机运行电流会大大降低，水系统会有更好的流量调节度。

3.3 高效稳流装置

传统的离心水泵工作时因水泵的叶轮高速旋转时在叶轮的吸水口处会形成涡流，由于涡流的产生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整体效率。高效稳流装置是由空腔导管、隔水板、预旋调节板等构成，在空腔导管中设置有隔水板，预旋调节板设置在隔水板的前端，其二侧向内的倾斜角与专用水泵叶轮的吸水口处向内的倾斜角向对应。当流体经过预旋构件后，水泵的入水由传统的单通道进入叶轮的吸水口而变成旋转进入且旋转的角度与叶轮转动方向一致，克服了水泵叶轮吸水口处的涡流现象，提高进水口的能效；同时可以改变泵本身的特性来完成运行工况点的调节，能够有效地扩展其高效运行区，改善离心泵在非设计工况点的水力性能。

4 节能技改方案结语

通过对我矿排水系统现场数据采集、节能诊断分析，运用 “三元流高效叶轮”等专利技术，平均节电率在10%以上，每年节约电费约52.9万元。

（1）水泵节能效益分析。

通过技改，对比技改前后实际运行电量，平均节电率在10%以上，根据最保守的计算模型，计算节电效益如表2所示。

（2）效益分析总结。

经技改后，该系统每年可节约以下几点。

①88万kWh电量。

②按照现有电价计算，直接经济效益为52万元。

③间接经济效益计算方式如下。

按每万度电折合3.5吨标煤计算，该项目产生的节能环保效益。

④每年可节省标煤约：309t。

⑤减少粉尘约：240t。

⑥减少二氧化碳排放量约：880t。

参考文献

[1] 杨立新，刘远.三元流技术在供水水泵节能改造中的效果分析[J].科技传播，2012（14）.

[2] 邢少伟，吴明，李龙.射流—尾迹三元流技术在水泵节能改造中的应用[J].中国设备工程，2013（10）.endprint