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        江都一站新型節(jié)能泵設計指標及節(jié)能措施

        2022-12-27 08:39:16邱曉僑江如春
        江蘇水利 2022年12期
        關鍵詞:江都驅(qū)動器葉輪

        胡 曦,邱曉僑,江如春

        (江蘇省江都水利工程管理處,江蘇 揚州 225200)

        1 概述

        泵站的修建能夠提高城市輸送水效率,同時對農(nóng)業(yè)和城市水資源的高效利用起重要作用[1-3]。然而,當水體被雜質(zhì)污染時,即使其含量不超過最大允許濃度標準和其他監(jiān)管指標,也可能會引起泵站超負荷高溫運轉(zhuǎn),導致泵站的功耗和損傷不斷加大,因此研究泵的節(jié)能方式和措施具有重要意義[4-5]。

        何樹桐等[6]采取對泵體結(jié)構重新設計定型,噴涂光滑的新型耐磨涂層,使用機械密封,優(yōu)化密封環(huán)的結(jié)構與型式等措施,顯著提高泵的運行效率;王嬌等[7]就鋼鐵廠漩流井水循環(huán)泵的耗能狀況進行節(jié)能探索,提出一種切實有效的節(jié)能改造新思路;朱偉等[8]結(jié)合工作實踐,研究了一種高效循環(huán)水泵站;王亞美[9]針對循環(huán)水系統(tǒng)供水泵電耗高,經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、分析計算,“量身定做”系統(tǒng)優(yōu)化方案,通過更換適宜的節(jié)能水泵,實現(xiàn)供水電耗大幅下降;丁林玲等[10]以濁環(huán)水系統(tǒng)精軋供水泵為例,將高效節(jié)能水泵技術應用在該系統(tǒng)的節(jié)能改造中;張清慧[11]論述了循環(huán)水泵站節(jié)能改造的措施與效果;李營[12]基于現(xiàn)有設備工作條件的原始設計和參數(shù)采集,結(jié)合系統(tǒng)的最優(yōu)運行原理,確定產(chǎn)生能耗高的原因,進而找出系統(tǒng)的最高效運行條件;成華峰[13]針對山西焦化股份公司循環(huán)水系統(tǒng)耗電高的情況,對焦化廠一、二、三循環(huán)水系統(tǒng)能耗進行分析,并選取其中的4臺泵進行了高效節(jié)能泵改造;李曉平等[14]采用將舊泵全部用高效節(jié)能泵更換后,大大提高了系統(tǒng)的運行效率,降低供水電耗,實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的;黃俊等[15]通過對某泵站水系統(tǒng)實際運行的工況參數(shù)進行分析、研究,結(jié)合該系統(tǒng)管路流體力學特性,并按照系統(tǒng)最佳運行工況參數(shù),定制高效節(jié)能泵及高效穩(wěn)流裝置。

        本文通過文獻研究,考慮到設計節(jié)能泵的主要困難是構建適當?shù)臄?shù)學模型,而水質(zhì)的變化對泵站的能耗有顯著影響,因此提出一種環(huán)境影響指標,考慮水的懸浮顆粒濃度、化學性質(zhì)和密度等因素,為節(jié)能泵設計提供參考。

        2 工程概況

        江都一站位于江都區(qū)引江橋南,是江都水利樞紐的重要組成部分。江都一站于1961年12月開工興建,1963年3月竣工。1994年11月進行加固改造,對所有機電設備進行更新,于1997年3月通過竣工驗收。2020年完成了低壓動力柜改造、微機機電保護更新、勵磁改造等項目。項目設計將主廠房QD30/5-12A5S雙梁橋式起重機全車傳動系統(tǒng)改造為變頻調(diào)速系統(tǒng),主要對主副鉤、大小車的起升運行系統(tǒng)加裝變頻改造總電源滑線,更換減速機、電機、制動器、半齒聯(lián)軸器維護清洗注油,全車電纜更換。

        3 節(jié)能泵設計指標

        節(jié)能泵系統(tǒng)設計通常需要考慮技術和經(jīng)濟因素,并明確環(huán)境因素來證明其節(jié)能效果(通過進入空氣和水中的有害排放物確定)。節(jié)能泵能夠降低發(fā)生壓力沖擊的可能性,防止管道的破壞,其設計過程中一個重要方向是增加控制泵的單位容量。設計節(jié)能泵的主要困難是構建適當?shù)臄?shù)學模型,因為水質(zhì)的變化對泵站的能耗有顯著影響,本文的節(jié)能泵設計則重點考慮環(huán)境因素變化。一般來說,泵站送水的質(zhì)量可由一組參數(shù)表征,這些參數(shù)包括懸浮顆粒濃度、化學性質(zhì)、密度、溫度等,對抽水水質(zhì)進行評估的各項指標見表1。

        表1 水質(zhì)量特性條件評估

        本次設計主要考慮指標為濁度流與飽和翼繞流,計算要素包括懸浮泥沙流量、水流量、漂浮物總量、徑流量,因此當進行泵站設計時,將以上評價環(huán)境指標納入泵設計會大大增加泵站的運行周期,降低其能耗。

        4 泵站節(jié)能措施

        4.1 修整或更換葉輪

        如果泵尺寸過大,采用節(jié)流以提高能效,降低產(chǎn)生壓力和流量相對經(jīng)濟有效的方法是修整或更換葉輪,以減小其直徑,將其限制在泵最大葉輪直徑的75%左右。隨著葉輪的修正,其與泵殼之間的間隙變得更大,形成更大的流量再循環(huán),降低了泵效率。通過修整葉輪,其最高轉(zhuǎn)速降低,從而減少傳遞給泵送流體的能量,從而導致泵的流速和壓力降低。

        4.2 使用變速驅(qū)動器

        變速驅(qū)動器允許泵在其附近以任何水頭或流量通過電機,并可變速運行,以實現(xiàn)各種流量需求。使用變速驅(qū)動器的一個主要原因是通過減少不必要的能耗來提高能效,變速驅(qū)動器會減慢泵上的電機速度。使用變速驅(qū)動器來提高能效的第二個主要原因是可以節(jié)省能源,通??梢怨?jié)省30%以上的能源,當與灌溉泵一起使用時,功耗減少可以高達75%,當安裝在用于乳制品應用的真空泵上時,可以節(jié)省40%到63%的能源。

        4.3 并聯(lián)泵系統(tǒng)

        對于有多個不同負載要求的泵系統(tǒng),可以使用并聯(lián)泵以提供需要輸送的流量。與單個泵相比,安裝多個泵為系統(tǒng)提供了更大的操作靈活性,效率更高,如果其中一個泵發(fā)生故障,系統(tǒng)還可以繼續(xù)工作,且維護要求較低。常見配置是安裝小泵滿足低流速運行,安裝大泵以應對最大設計流量,實現(xiàn)這些優(yōu)勢的關鍵是正確選擇泵型。

        4.4 管道優(yōu)化

        在系統(tǒng)的設計階段就應盡量避免管道急彎和突然變化,應使用低損耗閥門和配件,管道選擇應平衡管道的初始成本和泵送流體通過管道的成本,如大型管道價格昂貴,但泵送成本較低,摩擦損失較小。通過優(yōu)化管道,摩擦壓降將受到限制,克服此類損失所需的能量減少,因此可提高能效。

        4.5 泵的磨損和維護

        大多數(shù)磨損發(fā)生在運行的前幾年,并會導致水泵在泵曲線上向左移動。雖然磨損不可避免,但進行日常維護將有助于減少磨損造成的效率損失,并減緩磨損過程。適當?shù)木S護和保養(yǎng)包括更換磨損葉輪、軸承檢查維修、軸承潤滑和機械密封等。除了維護水泵,清潔和維護管道也可提高系統(tǒng)的能效。

        5 結(jié)語

        考慮到設計節(jié)能泵的主要困難是構建適當?shù)臄?shù)學模型,而水質(zhì)的變化對泵站的能耗有顯著影響,因此本文提出了一種環(huán)境影響指標,結(jié)合水的懸浮顆粒濃度、化學性質(zhì)和密度等因素,提出了數(shù)學模型構建思路,為節(jié)能泵設計提供參考。研究結(jié)果表明,水質(zhì)變化對泵站的能耗有顯著影響,泵送水的質(zhì)量可由相關參數(shù)表征,這些參數(shù)包括懸浮顆粒濃度、化學性質(zhì)、密度和溫度等,其形成多維向量,將以上環(huán)境評價指標納入泵設計指標可增加泵站的運行周期,有效降低其能耗。

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