項 春,崔梁萍,施高萍

(浙江水利水電專科學校,浙江 杭州 310018)

1 浙江省機電排灌泵站基本概況

浙江省是機電排灌比較發(fā)達的省份之一,根據(jù)2008年浙江水利統(tǒng)計年鑒,浙江省排灌動力保有量約為123萬kW,機電排灌面積69.73萬hm2(1046萬畝),其中純排澇面積4.87萬hm2(73萬畝)。全省固定排灌泵站58734處,總裝機功率96萬kW;其中單座為大型的泵站有5座,總裝機功率為21580 kW;單座為中型的泵站有45座,總裝機功率為52392 kW。浙江省固定泵站總裝機功率占全國2395萬kW總量的4%,位居全國第9位[1]。為切實提高防災減災能力,減少自然災害對人民群眾生命財產(chǎn)安全的威脅,省委、省政府提出實施浙江省泵站更新改造的戰(zhàn)略,根據(jù)輕重緩急原則,浙江省2009年啟動了為期5 a的大中型泵站的更新改造工作[2]。

在能源日趨緊張的今天,進行泵站更新改造,節(jié)約能源仍大有潛力可挖。依據(jù)泵站效率公式:η泵站=η泵×η電×η傳×η池×η管,節(jié)能的有效途徑就是提高主水泵、動力機、傳動裝置、進出水池和管路各部分的效率[3-4],本文針對浙江省泵站的現(xiàn)狀著重從主水泵角度提出泵站更新改造過程中提高效率的有效途徑。

2 主水泵的更新

《泵站安全鑒定規(guī)程》 (SL 316—2004)規(guī)定:4類水泵技術(shù)狀態(tài)差,設備嚴重損壞,存在影響安全運行的重大缺陷或事故隱患,零部件不全,經(jīng)大修或更換元器件也不能保證安全運行以及需要報廢或淘汰的設備,故需對其整體更新;3類水泵總體上技術(shù)狀態(tài)較差,主要部件有損壞,存在影響運行的缺陷或事故隱患,在正常工作范圍內(nèi)不能保證安全、高效、穩(wěn)定運行,需要根據(jù)其老化程度、能耗大小和條件許可情況,決定是否對其整體更新。

2.1 水泵類型的選擇

選擇什么樣的泵型將直接影響水泵效率。機電排灌泵站中使用較多的是軸流泵、離心泵和混流泵,3種泵型的比較見表1[5]。結(jié)構(gòu)形式上主要有臥式、立式和斜式 (斜15,30,45等)。在浙江省的杭嘉湖、紹興等低洼易澇區(qū)以低揚程的軸流泵為主,在金華、衢州、溫州等以高揚程的離心泵為主。

由于混流泵比軸流泵的效率高,高效區(qū)寬,功率變化小,啟動功率小,汽蝕性能好,噪聲振動小,水位變化適應性好,在同樣參數(shù)下比軸流泵的轉(zhuǎn)速高、體積小,所以在更新改造過程中若這2種泵型均可采用的情況下應優(yōu)先選用混流泵。

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另外,潛水電泵的電動機與水泵等幾乎所有的部件在制造廠家就已經(jīng)組裝成一體,結(jié)構(gòu)緊湊,大大簡化了泵站現(xiàn)場的組裝工作,安裝十分簡便、快捷,可節(jié)省泵站總體投資30%左右,目前潛水電泵在全國的用量已達到10%左右。近幾年由于潛水電泵機械密封技術(shù)有了很大提高,再加上增加了很多監(jiān)控設備,潛水電泵的可靠性和使用壽命有顯著提高,具有廣闊的應用前景。

水泵選型一般步驟見圖1。主水泵選型需要分析總結(jié)以往的運行經(jīng)驗,找出水泵運行中存在的主要問題,并嚴格按照新的運行條件和要求來選擇水泵。在平均揚程時,水泵在高效區(qū)運行;在最高揚程和最低揚程下,水泵能安全穩(wěn)定運行[6]。

20世紀80年代中期以來,我國一些研究機構(gòu)研制出了一批新的水力模型,特別是最近幾年為南水北調(diào)工程用泵研發(fā)的新的模型,它們具有流量大、效率高、高效范圍寬、汽蝕性能好等特點,比較適合大中型泵站的更新改造需要。

2.2 水泵臺數(shù)的確定

在建站投資方面,無論是機電設備費還是土建工程費,在設備容量一定的情況下,機組數(shù)目越少其投資就越小。

運行管理費用方面,通常是機電設備容量越大其效率就越高;機組數(shù)目越少,需要的運行人員及維修費用等越少。

保證性和適應性方面,機組數(shù)目越多,越容易適應不同時期的不同水量要求。從排澇泵站的保證性和適應性角度出發(fā),通常需要選擇必要的備用機組,一般占泵站臺數(shù)的15%,且不少于1臺,但若排澇標準取得高、排澇模數(shù)大的,或者泵站維護保養(yǎng)及時、管理水平高的,可以不用考慮備用機組,以減少投資。

對于不是經(jīng)常滿負荷開機的泵站來說,機組數(shù)以單數(shù)配置為好,以改善進水流態(tài),一般建議按照3～7臺 (套)機組配置,不超過9臺 (套)。此外還需根據(jù)排區(qū)水域面積、河網(wǎng)的調(diào)蓄容積、河道淤積情況,綜合考慮確定水泵臺數(shù)。

圖1 主水泵選型步驟圖

2.3 水泵的制造、安裝和運行

更新過程中,應充分利用新技術(shù)、新工藝,如:利用多維加工技術(shù)提高泵制造精度,使用不銹鋼葉片,或葉片表面涂覆,采用新式水導軸承和免抬軸水泵調(diào)角器等,提高技術(shù)的含量,提高改造的經(jīng)濟效益,延長大修周期,降低改造后泵站的年運行管理費用。

水泵工作性能的好壞還與其安裝精度有很大關(guān)系,如果安裝精度不符合要求,不僅會降低水泵效率,嚴重時還將產(chǎn)生振動和噪聲,引起電動機過熱,以致不能運轉(zhuǎn)。

水泵的運行需嚴格按操作規(guī)程啟動、運行與停車,尤其要注意盤車。盤車的目的是檢查泵軸轉(zhuǎn)動是否靈活、泵與電機部件是否有刮磨雜音等,只有轉(zhuǎn)動靈活了才能啟動電機,否則可能將電機燒壞。判斷泵內(nèi)機件情況有無脫落,如果存在刮磨的現(xiàn)象,最好處理完再啟動電機,否則可能造成機械損壞。在預熱時可以充分預熱,將葉輪或某部位的氣體充分趕盡防止氣蝕或抽空,將材料的熱應力充分均勻分布,避免造成泵的氣蝕現(xiàn)象,引起泵噪聲大、振動大、效率低。

要加強水泵的維修保養(yǎng),水泵運行一段時間后必將產(chǎn)生磨損,增加泵內(nèi)的能量損失。為保證水泵能長期高效工作,應加強監(jiān)督,及時進行維護保養(yǎng),定期進行小、大修,并更換損壞的零部件。重點監(jiān)測的對象是水泵的葉輪、口環(huán)、填料、軸承和地腳螺栓等。

3 主水泵技術(shù)改造

《泵站安全鑒定規(guī)程》 (SL 316—2004)規(guī)定:2類水泵技術(shù)狀態(tài)基本完好,滿足泵站運行要求,水泵只需局部修復,或更換一些小零部件;3類水泵需要根據(jù)其老化程度、能耗大小和條件許可情況,決定是否對其技術(shù)改造。

對于揚程、功率和轉(zhuǎn)速等配套不當?shù)乃眯吞枒枰哉{(diào)節(jié)或改造,以提高水泵的運行效率。這里所講的改造主要是指葉輪和導葉的改型、其他主要或重要設備部件的綜合配套改造等。

3.1 調(diào) 節(jié)

若原泵部件還有利用價值、有關(guān)條件成熟或具備,為避免浪費,一般先應考慮調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)可以擴大泵的使用范圍,以滿足泵站新的運行要求,提高運行效率。

調(diào)節(jié)方式有變角、變徑、變速等,離心泵和小型混流泵一般可采用變速、變徑調(diào)節(jié);可調(diào)葉片的軸流泵一般可采用變速、變角調(diào)節(jié);所有葉片泵都可采用變速調(diào)節(jié)。目前我國1.6～2.0 m及以下口徑的軸流泵葉片調(diào)節(jié)普遍采用機械調(diào)節(jié),2.8 m及以上口徑的大泵采用油壓調(diào)節(jié)。油壓調(diào)節(jié)比較可靠,但它需要配外供油系統(tǒng)。機械調(diào)節(jié)可靠性相對較差,常常會出現(xiàn)起動時抬機、調(diào)節(jié)軸的軸承溫度過高甚至燒壞等事故。

3.2 換泵和換葉輪

若在泵站原有水工基礎(chǔ)上進行主水泵技術(shù)改造時,需進行性能復核,若符合要求,則更換原型號新的水泵或葉輪,若不符合要求,或原泵運行本來就存在問題,則把原泵或葉輪換成新的型號。

(1)換泵。要考慮新型泵與動力機和流道間的匹配等問題,它涉及泵的能量和汽蝕特性、水力振動、運行的穩(wěn)定性等,所以在泵站原有水工基礎(chǔ)上采用換泵的辦法來滿足新的運行要求,不僅代價較高,而且技術(shù)上比較復雜,通常要借助數(shù)?；蛭锬Ｔ囼瀬硗瓿伞?/p>

(2)換葉輪。僅涉及泵內(nèi)的某一部件,因而改造投資可以節(jié)省,通常適用于大中型軸流泵或混流泵站的改造。在更換改型葉輪的同時,最好也更換導葉,如不換導葉,在同一流量下,水流必將在導葉進口的背面形成旋渦區(qū),從而引起泵的效率降低,出口壓力脈動。

3.3 主軸、軸承及填料密封改造

為減少泵的機械損失,提高泵運行效率,對已經(jīng)磨壞的主軸,可在磨損部位加鑲不銹鋼套。在加工時為減小主軸磨損,在泵軸軸頸部位采用不銹鋼、硬質(zhì)合金進行堆焊,以提高軸承處軸表面的硬度。

導軸承的導軸瓦可采用耐老化、性能穩(wěn)定和耐磨性能好的彈性金屬塑料瓦。亦可采用一種用非金屬彈性材料制成的軸瓦,該軸瓦材料為3次交叉結(jié)晶、熱凝固性好的樹脂制成的聚合物,具有低摩擦性、干起動能力,以及使用壽命長等特點,其使用壽命長,約為聚氨酯橡膠軸承壽命的4倍。

填料密封可采用聚四氟乙烯新型密封材料制作,它具有密封嚴、耐磨性好、起動前可不需加潤滑水等特點,使用壽命大于8000 h,是常用填料密封壽命的3倍以上。填料密封的好壞將影響水泵的容積損失。

4 結(jié) 語

保證主水泵高效運行是提高泵站效率的重要環(huán)節(jié),水泵的效率與水泵選型、設計制造水平、安裝精度、運行工況及使用情況都有關(guān)。在泵站的更新改造工程中,需針對具體情況挖掘節(jié)能潛力,找出影響效率的各主要因素,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,而是相互影響、相互制約的。因此,提高泵站的效率必須全面考慮,綜合改造。

[1]崔梁萍,項春.浙江省泵站現(xiàn)狀調(diào)研分析報告 [R].杭州:浙江水利水電?？茖W校,2007.

[2]崔梁萍,項春.浙江省大型灌溉排水泵站更新改造規(guī)劃 (2009-2013)[R].杭州:浙江水利水電?？茖W校,2009.

[3]劉超.水泵及水泵站 [M].北京:科學技術(shù)文獻出版社,2003.

[4]丘傳忻.泵站節(jié)能技術(shù) [M].北京:水利電力出版社,1985.

[5]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊 [M].北京:宇航出版社,1995.

[6]中國灌溉排水發(fā)展中心.泵站更新改造實用指南 [M].北京:中國水利水電出版社,2009.