孟維娟 李建駿 周春鵬

泵站裝置效率是反映抽水設備及泵站各部分效率的綜合指標。因此,提高泵站各部分的效率是提高裝置效率的重要手段,也是提高泵站經(jīng)濟效益的有效途徑。

大張莊泵站是天津市引灤入津工程明渠輸水系統(tǒng)的一座重要提水泵站,擔負著向海河補水、宜興埠泵站供水以及排澇三大任務。該泵站共5臺機組,總裝機容量4 500 kW,設計揚程6.3 m,設計輸水流量30 m3/s。安裝5臺18CJ-63立式軸流泵,配5臺900 kW同步電動機。

1 提高水泵效率

水泵效率的高低與水泵的設計、制造水平、運行工況和使用場合等情況有關。一般可以從以下幾個方面采取措施。

1.1 搞好揚程配套

有些泵站由于選型不當或受供貨限制,使用揚程偏高的水泵,致使水泵長期處于低效區(qū)運行。為使揚程配套,提高水泵運行效率,對于離心泵和混流泵可用變速或車削葉輪的方法進行調整。對于軸流泵,當泵站的設計流量、設計揚程與水泵的額定流量、額定揚程相差較大時,可考慮對原有的水泵進行改造,采用重新設計的高速比葉輪替換原有低速比葉輪或更換水泵。也可以采用變頻調速的方法對泵站進行改造。

大張莊泵站就存在選型不當,使用了揚程偏高的水泵,致使水泵長期處于低效區(qū)運行。為此進行了技術改造,具體做法是,計算出水泵在當前工況下的經(jīng)濟運行的葉片角度,通過調整水泵的葉片角度來提高水泵的效率。

1.2 提高水泵過流部分的光潔度

水泵過流部分包括葉輪、離心泵的泵殼、軸流泵的進水喇叭、導葉體和出水彎管等,其中葉輪是水泵的主要過流部件。實踐證明,葉輪表面的光潔度直接影響水泵效率,如果水泵出廠時清砂除刺不徹底或長期使用受磨損,則葉輪表面粗糙,水泵效率會明顯下降。為此,大張莊泵站2#水泵、3#水泵在大修的過程中,按葉片原來的曲線形狀,用砂輪磨去葉片正反面或前后蓋板表面的粗粒,并且用油石磨光；對已磨損的葉輪進行非金屬材料的噴鍍或涂敷修補,對其它過流部件也采取了同樣的方法進行處理,明顯提高了水泵效率。

1.3 保證安裝質量

安裝質量差會使水泵在運行過程中產(chǎn)生振動、漏氣、漏水和軸承、添料的磨損等問題。它們會直接耗費動力,嚴重影響水泵效率,因此,管路安裝要密封,支撐要牢固,防止管力傳給水泵；軸承、添料安裝要正確,在保證水泵不進氣的情況下,應盡可能減小機械摩擦；軸流泵各葉片的安裝角度應相等,否則會影響水泵效率。實驗表明,軸流泵的葉片安裝角相差1.5°時,水泵的效率會下降6%～7%；對于蝸殼式葉片泵,蝸殼軸線與葉輪軸線應保持重合,如嚴重偏離必須進行調整,否則會影響水泵的效率。

大張莊泵站2#水泵、3#水泵在大修的過程中,回裝時特別注意了擺度的調整和同心度的調整,盡量減小水泵的振動,進行密封處理,葉角的核對,提高了水泵的效率。

1.4 控制密封間隙

離心泵和渦輪式混流泵長期使用后葉輪與密封環(huán)之間的徑向間隙,葉輪外緣與泵殼的安裝間隙會因磨損而增大,特別是從泥沙河流中取水的水泵磨損更快,致使水泵的流量損失增加,效率下降。因此,水泵在使用過程中,應定期檢查泵的密封間隙,及時進行加工修整。

1.5 保持良好的進水流態(tài)

進水池流態(tài)不好,漩渦多,水泵會大量吸進空氣,不僅減少流量,而且使水泵振動,產(chǎn)生噪音,降低水泵效率。因此,在水泵運行過程中應盡量保持進水池流態(tài)穩(wěn)定。具體辦法是使水泵吸水管有足夠的淹沒深度,進水池平面形式和尺寸設計要得當,或在吸水池水面上漂浮大塊木板進行滅渦。在大張莊泵站的實際運行中,通過及時清理攔污柵上的雜草,保持進水池水流順暢,這樣就盡量增加了水泵吸水管的淹沒深度。

2 提高動力機效率

2.1 合理配備功率

動力機和水泵在功率上必須合理配套。在計算水泵的配套功率時,動力機的備用系數(shù)不宜選用過大,否則,會引起動力機負載不足。動力機的負載不足時,會使電機的效率及功率因數(shù)明顯下降。實踐證明:當電機空載運行時效率為零,功率因數(shù)也很低,為0.2左右；電動機的效率和功率因數(shù)都隨著負載的增加而提高,當電動機在額定負載下運行時,其效率和功率因數(shù)都達到最大值,一般為0.75～0.9,因此,電動機應避免空載運行,防止“大馬拉小車”的現(xiàn)象。動力機只有滿載或接近滿載的情況下運行時,才有最好的經(jīng)濟性和動力性。對使用中的大機拖小泵或小機拖大泵的現(xiàn)象,均屬動力配套不合理,應設法用水泵變速換機或換泵等方法解決。

大張莊泵站單臺機組的額定功率為900 kW,而平時運行時,實際功率500 kW左右,明顯屬于“大馬拉小車”,在輸水流量允許的情況下,可以通過加大葉片角度,增加輸水流量,來提高電機的效率。

2.2 控制溫升

動力機周圍的溫度過高,會降低動力機的運行效率。因此,要注意泵站的通風散熱,使動力機在規(guī)定的溫升下進行。

3 提高傳動效率

傳動效率的高低與傳動方式有關。聯(lián)軸器的傳動效率最高,但是,由于不能變速和改向以及制造低速動力機不夠經(jīng)濟等原因,因而廣泛使用受到限制,當采用皮帶傳動時,所選用的型號應符合要求,皮帶輪直徑要符合設計轉速,嚴格按照皮帶傳動的要求去設計、安裝,力求高效率傳動。

4 提高管路系統(tǒng)效率

管路系統(tǒng)效率高低與管路的長度、直徑、管材、管路附件的類型和數(shù)量以及流量等有關。一般采用下列措施來提高管路系統(tǒng)的效率。

4.1 縮短管路長度

在滿足設計要求的情況下進出水管路的長度應最大限度地縮短。在管路的布置上可改折線為直線,以節(jié)省彎頭,縮短管長。高揚程泵站,為了縮短出水管長度,可在有利地形處增設出水池,做到低水低用,高水高用。

4.2 采用經(jīng)濟管徑

為了減少管路損失,水泵進出水管口徑應采用經(jīng)濟管徑,具體計算公式:

式中 D進——水泵吸水管的經(jīng)濟直徑,m；

D壓——水泵壓力水管的經(jīng)濟直徑,m；

Q吸——吸水管中流量,m3/s；

Q壓——壓力水管的最大流量,m3/s；

H——壓力水管管段的徑水頭,m；

K——反映壓力水管技術經(jīng)濟因素的計算系數(shù),一般K=8～15。

對已投產(chǎn)使用的泵站,如果管徑過小,可考慮按經(jīng)濟管徑更換管路。

4.3 減少不必要的管路附件

由于管路附件的局部阻力系數(shù)很大,過多的管路附件會引起較大的局部揚程損失,消耗大量能源。小型泵站中的管路附件可大大簡化,一般可以采用簡易的充水裝置,取消底閥,實現(xiàn)無底閥抽水,可在進口加裝喇叭管,逆止閥可用輕便拍門代替,拍門可設置平衡錘,增大出水斷面取消閘閥等措施,以減少管路局部揚程損失。

4.4 避免真空破壞閥漏氣

對于虹吸式出流方式,如果 “駝峰”上的真空破壞閥漏氣,就會人為地抬高了泵站的實際揚程,水泵的工作點向左偏移,水泵的流量減少,效率降低,同時由于出水池的水流紊亂,增加了池內的水頭損失和出水池的長度。為了增大出水量,提高水泵效率,降低能源單耗,對于已建成的虹吸式出流的泵站,要采取措施,做好真空破壞閥的密封。

5 提高進水池的效率

泵站進出水池的水流條件的好壞,不僅關系到進出水池的高低,而且會影響到機泵等其它部分的效率,因為進水條件不良,會產(chǎn)生回流。漩渦,嚴重時會有渦帶吸入進水管或水泵。出水條件不好,會加大水頭損失,增加提水揚程。為了提高進出水池的效率,應注意以下幾個向題:①在興建泵站時,應選擇合適的進出水池形狀和尺寸、使之流態(tài)穩(wěn)定,保證高效運行。②對已經(jīng)建成的泵站,如果進出水池流態(tài)不穩(wěn),可在進出水管周圍加裝導流隔板,將進出水管口相互隔開,對每根進水管到池后壁的間距,也要用隔板封閉,防止水流互相串動,消除和減弱池中有害漩渦。③及時清除進水池中的污物和淤泥,以保證水流暢通,流態(tài)均勻。

6 結 語

提高泵站裝置效率在實際應用中取得了明顯的效果,根據(jù)泵站所處環(huán)境條件的不同,其提高泵站裝置效率的途徑也各不相同。大張莊泵站的應用效果有一定的通用性,在同行業(yè)中有推廣應用價值。

1 李堅.變電運行及生產(chǎn)管理技術問答 [M].北京:中國電力出版社,2008.

2 丘傳忻.泵站工程 [M].武漢:武漢大學出版社,2001.

3 麥爾康.提高泵站裝置效率的幾個問題 [J].廣州:廣東水利水電,2006(1):59-61.

4 張仁田,張平易,閻文立.大型泵站裝置性能換算方法的研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)研究,1998(3):83—88.