苗宇

摘 要：車集煤礦水泵運行工況沒有使水泵自身性能與管網(wǎng)條件等達到應(yīng)有的配合要求，以致水泵效率較低。為了降低煤礦能耗成本，需要對水泵重新進行技改設(shè)計。本節(jié)能技改方案介紹了通過提升水泵自身性能，整改系統(tǒng)存在不利因素，并按照系統(tǒng)最佳運行工況參數(shù)，定制高效節(jié)能水泵，提升水泵運行效率，減少無效耗能，達到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：水泵 運行工況 效率 節(jié)能

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 現(xiàn)場運行概況

車集礦中央泵房排水系統(tǒng)正常情況下為2用4備（輪換開機），上午12：00-下午18：00開機一臺，晚00：00-早8：00開機2臺。在雨季或降水量增大時會增加水泵開機臺數(shù)，制作方案時，按照兩臺泵同開時間平均10小時/天計算，壓力參考管路上及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

通過對車集礦中央泵房排水系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試與數(shù)據(jù)采集、調(diào)查測試分析，確認：其水質(zhì)偏堿性，對流過部件腐蝕較嚴重，平均每1年更換一次設(shè)備；水泵偏離設(shè)計工況點運行，效率較低。（具體相關(guān)參數(shù)見表1）

2 現(xiàn)有水泵行業(yè)產(chǎn)品運行情況分析

目前在工業(yè)現(xiàn)用水泵中有以下幾點。

設(shè)計效率：國產(chǎn)水泵75%～82%，進口水泵78%～85%。

運行效率：國產(chǎn)水泵65%～70%，進口水泵72%～80%。

以及現(xiàn)場設(shè)備維護不及時等現(xiàn)象普遍，造成水泵實際運行效率較低。

3 技改實施方案

3.1 主要使用高效葉輪替換原水泵葉輪，原水泵的基礎(chǔ)等不做變動

3.2 三元流高效葉輪

三元流技術(shù)，實質(zhì)上就是通過使用先進的泵設(shè)計軟件《射流一尾跡三元流動理論計算方法》，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際的運行工況，重新進行泵內(nèi)水力部件（主要是葉輪）的優(yōu)化設(shè)計。具體步驟是：根據(jù)用戶的實際情況，先對“在用”離心泵的流量、壓力、電機耗功等進行測試，并提出常年運行的工藝參數(shù)要求，作為泵的設(shè)計參數(shù)；再使用泵設(shè)計軟件設(shè)計出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動管路電路、泵體等條件下實現(xiàn)節(jié)能或擴大生產(chǎn)能力的目標。

“射流一尾跡”三元流動。

目前應(yīng)用的“射流-尾跡三元流動”理論，把葉輪內(nèi)部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內(nèi)的各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內(nèi)流動的數(shù)學模型。通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設(shè)計計算中得以體現(xiàn)。因此，設(shè)計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高，以下簡單介紹一下計算方法：葉輪機械內(nèi)的完全三元流動，應(yīng)用吳仲華教授創(chuàng)立的S1、S2，兩流面理論可以用不同方法求解，一種是流函數(shù)方法，這一方法在數(shù)學上嚴謹，但物理上不太直觀。另一種是直接計算流體流動速度的流面（或流線）迭代法，這一方法物理上比較直觀，反映問題更接近實際，因此用此方法設(shè)計泵葉輪。泵葉輪內(nèi)部由兩個葉片、前后蓋板組成一個完整的空間流場，觀察者與葉輪同步旋轉(zhuǎn)看到的是與時間無關(guān)的定常相對流動，要求計算空間流場中任何一點的相對速度的大小及方向，從而建立葉輪數(shù)學模型。在葉輪出口附近，還能計算出“尾跡”-脫離葉片表面的漩渦區(qū)的大小。在改造中，葉輪前后蓋板是設(shè)計給定的，對于中間流道內(nèi)的眾多S1流面而言，先假定形狀，逐步迭代修正至計算收斂，從而得出最接近實際的準確設(shè)計，得到在具體使用情況下，最合理的葉輪葉片曲線，滿足對效率提升的要求。

根據(jù)水力分析，得出實際管網(wǎng)特性，與技改后的管網(wǎng)特性的對比。

泵的實際運行效率較低，泵內(nèi)容積損失和渦流損失較大，泵的效率有提升的空間。根據(jù)水力分析，得出實際效率，與經(jīng)過技改后的效率的對比。

運行的循環(huán)水泵處于高功耗狀態(tài)下運行，改造后電機運行電流會大大降低，水系統(tǒng)會有更好的流量調(diào)節(jié)度。

3.3 高效穩(wěn)流裝置

傳統(tǒng)的離心水泵工作時因水泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時在葉輪的吸水口處會形成渦流，由于渦流的產(chǎn)生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整體效率。高效穩(wěn)流裝置是由空腔導(dǎo)管、隔水板、預(yù)旋調(diào)節(jié)板等構(gòu)成，在空腔導(dǎo)管中設(shè)置有隔水板，預(yù)旋調(diào)節(jié)板設(shè)置在隔水板的前端，其二側(cè)向內(nèi)的傾斜角與專用水泵葉輪的吸水口處向內(nèi)的傾斜角向?qū)?yīng)。當流體經(jīng)過預(yù)旋構(gòu)件后，水泵的入水由傳統(tǒng)的單通道進入葉輪的吸水口而變成旋轉(zhuǎn)進入且旋轉(zhuǎn)的角度與葉輪轉(zhuǎn)動方向一致，克服了水泵葉輪吸水口處的渦流現(xiàn)象，提高進水口的能效；同時可以改變泵本身的特性來完成運行工況點的調(diào)節(jié)，能夠有效地擴展其高效運行區(qū)，改善離心泵在非設(shè)計工況點的水力性能。

4 節(jié)能技改方案結(jié)語

通過對我礦排水系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、節(jié)能診斷分析，運用 “三元流高效葉輪”等專利技術(shù)，平均節(jié)電率在10%以上，每年節(jié)約電費約52.9萬元。

（1）水泵節(jié)能效益分析。

通過技改，對比技改前后實際運行電量，平均節(jié)電率在10%以上，根據(jù)最保守的計算模型，計算節(jié)電效益如表2所示。

（2）效益分析總結(jié)。

經(jīng)技改后，該系統(tǒng)每年可節(jié)約以下幾點。

①88萬kWh電量。

②按照現(xiàn)有電價計算，直接經(jīng)濟效益為52萬元。

③間接經(jīng)濟效益計算方式如下。

按每萬度電折合3.5噸標煤計算，該項目產(chǎn)生的節(jié)能環(huán)保效益。

④每年可節(jié)省標煤約：309t。

⑤減少粉塵約：240t。

⑥減少二氧化碳排放量約：880t。

參考文獻

[1] 楊立新，劉遠.三元流技術(shù)在供水水泵節(jié)能改造中的效果分析[J].科技傳播，2012（14）.

[2] 邢少偉，吳明，李龍.射流—尾跡三元流技術(shù)在水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2013（10）.endprint

摘 要：車集煤礦水泵運行工況沒有使水泵自身性能與管網(wǎng)條件等達到應(yīng)有的配合要求，以致水泵效率較低。為了降低煤礦能耗成本，需要對水泵重新進行技改設(shè)計。本節(jié)能技改方案介紹了通過提升水泵自身性能，整改系統(tǒng)存在不利因素，并按照系統(tǒng)最佳運行工況參數(shù)，定制高效節(jié)能水泵，提升水泵運行效率，減少無效耗能，達到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：水泵 運行工況 效率 節(jié)能

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 現(xiàn)場運行概況

車集礦中央泵房排水系統(tǒng)正常情況下為2用4備（輪換開機），上午12：00-下午18：00開機一臺，晚00：00-早8：00開機2臺。在雨季或降水量增大時會增加水泵開機臺數(shù)，制作方案時，按照兩臺泵同開時間平均10小時/天計算，壓力參考管路上及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

通過對車集礦中央泵房排水系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試與數(shù)據(jù)采集、調(diào)查測試分析，確認：其水質(zhì)偏堿性，對流過部件腐蝕較嚴重，平均每1年更換一次設(shè)備；水泵偏離設(shè)計工況點運行，效率較低。（具體相關(guān)參數(shù)見表1）

2 現(xiàn)有水泵行業(yè)產(chǎn)品運行情況分析

目前在工業(yè)現(xiàn)用水泵中有以下幾點。

設(shè)計效率：國產(chǎn)水泵75%～82%，進口水泵78%～85%。

運行效率：國產(chǎn)水泵65%～70%，進口水泵72%～80%。

以及現(xiàn)場設(shè)備維護不及時等現(xiàn)象普遍，造成水泵實際運行效率較低。

3 技改實施方案

3.1 主要使用高效葉輪替換原水泵葉輪，原水泵的基礎(chǔ)等不做變動

3.2 三元流高效葉輪

三元流技術(shù)，實質(zhì)上就是通過使用先進的泵設(shè)計軟件《射流一尾跡三元流動理論計算方法》，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際的運行工況，重新進行泵內(nèi)水力部件（主要是葉輪）的優(yōu)化設(shè)計。具體步驟是：根據(jù)用戶的實際情況，先對“在用”離心泵的流量、壓力、電機耗功等進行測試，并提出常年運行的工藝參數(shù)要求，作為泵的設(shè)計參數(shù)；再使用泵設(shè)計軟件設(shè)計出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動管路電路、泵體等條件下實現(xiàn)節(jié)能或擴大生產(chǎn)能力的目標。

“射流一尾跡”三元流動。

目前應(yīng)用的“射流-尾跡三元流動”理論，把葉輪內(nèi)部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內(nèi)的各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內(nèi)流動的數(shù)學模型。通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設(shè)計計算中得以體現(xiàn)。因此，設(shè)計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高，以下簡單介紹一下計算方法：葉輪機械內(nèi)的完全三元流動，應(yīng)用吳仲華教授創(chuàng)立的S1、S2，兩流面理論可以用不同方法求解，一種是流函數(shù)方法，這一方法在數(shù)學上嚴謹，但物理上不太直觀。另一種是直接計算流體流動速度的流面（或流線）迭代法，這一方法物理上比較直觀，反映問題更接近實際，因此用此方法設(shè)計泵葉輪。泵葉輪內(nèi)部由兩個葉片、前后蓋板組成一個完整的空間流場，觀察者與葉輪同步旋轉(zhuǎn)看到的是與時間無關(guān)的定常相對流動，要求計算空間流場中任何一點的相對速度的大小及方向，從而建立葉輪數(shù)學模型。在葉輪出口附近，還能計算出“尾跡”-脫離葉片表面的漩渦區(qū)的大小。在改造中，葉輪前后蓋板是設(shè)計給定的，對于中間流道內(nèi)的眾多S1流面而言，先假定形狀，逐步迭代修正至計算收斂，從而得出最接近實際的準確設(shè)計，得到在具體使用情況下，最合理的葉輪葉片曲線，滿足對效率提升的要求。

根據(jù)水力分析，得出實際管網(wǎng)特性，與技改后的管網(wǎng)特性的對比。

泵的實際運行效率較低，泵內(nèi)容積損失和渦流損失較大，泵的效率有提升的空間。根據(jù)水力分析，得出實際效率，與經(jīng)過技改后的效率的對比。

運行的循環(huán)水泵處于高功耗狀態(tài)下運行，改造后電機運行電流會大大降低，水系統(tǒng)會有更好的流量調(diào)節(jié)度。

3.3 高效穩(wěn)流裝置

傳統(tǒng)的離心水泵工作時因水泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時在葉輪的吸水口處會形成渦流，由于渦流的產(chǎn)生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整體效率。高效穩(wěn)流裝置是由空腔導(dǎo)管、隔水板、預(yù)旋調(diào)節(jié)板等構(gòu)成，在空腔導(dǎo)管中設(shè)置有隔水板，預(yù)旋調(diào)節(jié)板設(shè)置在隔水板的前端，其二側(cè)向內(nèi)的傾斜角與專用水泵葉輪的吸水口處向內(nèi)的傾斜角向?qū)?yīng)。當流體經(jīng)過預(yù)旋構(gòu)件后，水泵的入水由傳統(tǒng)的單通道進入葉輪的吸水口而變成旋轉(zhuǎn)進入且旋轉(zhuǎn)的角度與葉輪轉(zhuǎn)動方向一致，克服了水泵葉輪吸水口處的渦流現(xiàn)象，提高進水口的能效；同時可以改變泵本身的特性來完成運行工況點的調(diào)節(jié)，能夠有效地擴展其高效運行區(qū)，改善離心泵在非設(shè)計工況點的水力性能。

4 節(jié)能技改方案結(jié)語

通過對我礦排水系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、節(jié)能診斷分析，運用 “三元流高效葉輪”等專利技術(shù)，平均節(jié)電率在10%以上，每年節(jié)約電費約52.9萬元。

（1）水泵節(jié)能效益分析。

通過技改，對比技改前后實際運行電量，平均節(jié)電率在10%以上，根據(jù)最保守的計算模型，計算節(jié)電效益如表2所示。

（2）效益分析總結(jié)。

經(jīng)技改后，該系統(tǒng)每年可節(jié)約以下幾點。

①88萬kWh電量。

②按照現(xiàn)有電價計算，直接經(jīng)濟效益為52萬元。

③間接經(jīng)濟效益計算方式如下。

按每萬度電折合3.5噸標煤計算，該項目產(chǎn)生的節(jié)能環(huán)保效益。

④每年可節(jié)省標煤約：309t。

⑤減少粉塵約：240t。

⑥減少二氧化碳排放量約：880t。

參考文獻

[1] 楊立新，劉遠.三元流技術(shù)在供水水泵節(jié)能改造中的效果分析[J].科技傳播，2012（14）.

[2] 邢少偉，吳明，李龍.射流—尾跡三元流技術(shù)在水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2013（10）.endprint

摘 要：車集煤礦水泵運行工況沒有使水泵自身性能與管網(wǎng)條件等達到應(yīng)有的配合要求，以致水泵效率較低。為了降低煤礦能耗成本，需要對水泵重新進行技改設(shè)計。本節(jié)能技改方案介紹了通過提升水泵自身性能，整改系統(tǒng)存在不利因素，并按照系統(tǒng)最佳運行工況參數(shù)，定制高效節(jié)能水泵，提升水泵運行效率，減少無效耗能，達到節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：水泵 運行工況 效率 節(jié)能

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 現(xiàn)場運行概況

車集礦中央泵房排水系統(tǒng)正常情況下為2用4備（輪換開機），上午12：00-下午18：00開機一臺，晚00：00-早8：00開機2臺。在雨季或降水量增大時會增加水泵開機臺數(shù)，制作方案時，按照兩臺泵同開時間平均10小時/天計算，壓力參考管路上及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

通過對車集礦中央泵房排水系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試與數(shù)據(jù)采集、調(diào)查測試分析，確認：其水質(zhì)偏堿性，對流過部件腐蝕較嚴重，平均每1年更換一次設(shè)備；水泵偏離設(shè)計工況點運行，效率較低。（具體相關(guān)參數(shù)見表1）

2 現(xiàn)有水泵行業(yè)產(chǎn)品運行情況分析

目前在工業(yè)現(xiàn)用水泵中有以下幾點。

設(shè)計效率：國產(chǎn)水泵75%～82%，進口水泵78%～85%。

運行效率：國產(chǎn)水泵65%～70%，進口水泵72%～80%。

以及現(xiàn)場設(shè)備維護不及時等現(xiàn)象普遍，造成水泵實際運行效率較低。

3 技改實施方案

3.1 主要使用高效葉輪替換原水泵葉輪，原水泵的基礎(chǔ)等不做變動

3.2 三元流高效葉輪

三元流技術(shù)，實質(zhì)上就是通過使用先進的泵設(shè)計軟件《射流一尾跡三元流動理論計算方法》，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際的運行工況，重新進行泵內(nèi)水力部件（主要是葉輪）的優(yōu)化設(shè)計。具體步驟是：根據(jù)用戶的實際情況，先對“在用”離心泵的流量、壓力、電機耗功等進行測試，并提出常年運行的工藝參數(shù)要求，作為泵的設(shè)計參數(shù)；再使用泵設(shè)計軟件設(shè)計出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動管路電路、泵體等條件下實現(xiàn)節(jié)能或擴大生產(chǎn)能力的目標。

“射流一尾跡”三元流動。

目前應(yīng)用的“射流-尾跡三元流動”理論，把葉輪內(nèi)部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內(nèi)的各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內(nèi)流動的數(shù)學模型。通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設(shè)計計算中得以體現(xiàn)。因此，設(shè)計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高，以下簡單介紹一下計算方法：葉輪機械內(nèi)的完全三元流動，應(yīng)用吳仲華教授創(chuàng)立的S1、S2，兩流面理論可以用不同方法求解，一種是流函數(shù)方法，這一方法在數(shù)學上嚴謹，但物理上不太直觀。另一種是直接計算流體流動速度的流面（或流線）迭代法，這一方法物理上比較直觀，反映問題更接近實際，因此用此方法設(shè)計泵葉輪。泵葉輪內(nèi)部由兩個葉片、前后蓋板組成一個完整的空間流場，觀察者與葉輪同步旋轉(zhuǎn)看到的是與時間無關(guān)的定常相對流動，要求計算空間流場中任何一點的相對速度的大小及方向，從而建立葉輪數(shù)學模型。在葉輪出口附近，還能計算出“尾跡”-脫離葉片表面的漩渦區(qū)的大小。在改造中，葉輪前后蓋板是設(shè)計給定的，對于中間流道內(nèi)的眾多S1流面而言，先假定形狀，逐步迭代修正至計算收斂，從而得出最接近實際的準確設(shè)計，得到在具體使用情況下，最合理的葉輪葉片曲線，滿足對效率提升的要求。

根據(jù)水力分析，得出實際管網(wǎng)特性，與技改后的管網(wǎng)特性的對比。

泵的實際運行效率較低，泵內(nèi)容積損失和渦流損失較大，泵的效率有提升的空間。根據(jù)水力分析，得出實際效率，與經(jīng)過技改后的效率的對比。

運行的循環(huán)水泵處于高功耗狀態(tài)下運行，改造后電機運行電流會大大降低，水系統(tǒng)會有更好的流量調(diào)節(jié)度。

3.3 高效穩(wěn)流裝置

傳統(tǒng)的離心水泵工作時因水泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時在葉輪的吸水口處會形成渦流，由于渦流的產(chǎn)生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整體效率。高效穩(wěn)流裝置是由空腔導(dǎo)管、隔水板、預(yù)旋調(diào)節(jié)板等構(gòu)成，在空腔導(dǎo)管中設(shè)置有隔水板，預(yù)旋調(diào)節(jié)板設(shè)置在隔水板的前端，其二側(cè)向內(nèi)的傾斜角與專用水泵葉輪的吸水口處向內(nèi)的傾斜角向?qū)?yīng)。當流體經(jīng)過預(yù)旋構(gòu)件后，水泵的入水由傳統(tǒng)的單通道進入葉輪的吸水口而變成旋轉(zhuǎn)進入且旋轉(zhuǎn)的角度與葉輪轉(zhuǎn)動方向一致，克服了水泵葉輪吸水口處的渦流現(xiàn)象，提高進水口的能效；同時可以改變泵本身的特性來完成運行工況點的調(diào)節(jié)，能夠有效地擴展其高效運行區(qū)，改善離心泵在非設(shè)計工況點的水力性能。

4 節(jié)能技改方案結(jié)語

通過對我礦排水系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、節(jié)能診斷分析，運用 “三元流高效葉輪”等專利技術(shù)，平均節(jié)電率在10%以上，每年節(jié)約電費約52.9萬元。

（1）水泵節(jié)能效益分析。

通過技改，對比技改前后實際運行電量，平均節(jié)電率在10%以上，根據(jù)最保守的計算模型，計算節(jié)電效益如表2所示。

（2）效益分析總結(jié)。

經(jīng)技改后，該系統(tǒng)每年可節(jié)約以下幾點。

①88萬kWh電量。

②按照現(xiàn)有電價計算，直接經(jīng)濟效益為52萬元。

③間接經(jīng)濟效益計算方式如下。

按每萬度電折合3.5噸標煤計算，該項目產(chǎn)生的節(jié)能環(huán)保效益。

④每年可節(jié)省標煤約：309t。

⑤減少粉塵約：240t。

⑥減少二氧化碳排放量約：880t。

參考文獻

[1] 楊立新，劉遠.三元流技術(shù)在供水水泵節(jié)能改造中的效果分析[J].科技傳播，2012（14）.

[2] 邢少偉，吳明，李龍.射流—尾跡三元流技術(shù)在水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2013（10）.endprint