供水泵站节能技改的新途径

供水泵站节能技改的新途径刘殿魁刘力余方建叶叶文效提要：广东东莞莞市石排自来来水公司B厂一级泵站站安装5台水泵，供供水约3万m3/d。北京高能能力流体机械械开发中心应应用三元流动动理论，重新新设计、加工工了三元流型型新叶轮，换换装在泵内，在在不改变电机机、泵体、管管道的条件下下，使泵流量量增大13%以上，1m3水电耗减少少了20%，全年可节节电36万kW．h。关键词：供水泵站水泵叶轮轮三元流型型NewWayyandReforrmofWaterrPumppingSStatioonforrEnerrgySaavingLiuDiaankuietallAbstracct：Thereeare5pummpingassemmbliesswithhtotaalcappacityyof330thoousanddcubiicmetterspperdaayinsstalleedintheiinletpumpiingsttationninttheShhipaiWaterrworkssinDDongguuanciity，GuanggdongPProviince．NewffabriccatedimpelllersdesiggnedbbyBeiijingHighEnerggyFluuidMaachineeryDeeveloppmentCenteeronthettheoryyofttri-diimensiionalflowhavebeeninstaalledintothebbodiessoftthepuumpswwithouutanyychanngetoothepumpbody，pipellineaanddrrivinggmotoors．Theooperattionooftheenewarranngemenntshoowsthhatthhefloowrateeoftthepuumpinggasseemblieesinccreaseed13％，andtthesppecifiicpowwercoonsumpptionreducced200％，aboutt360MMW.hofenerggysavvedannnuallly．1B厂一级泵泵站运行简况况一级泵站系系东江引水，加加压输送至二二级泵站的反反应池，一级级泵站共设5台水泵，如如图1所示。图11＃、2＃＃泵为300S--32(A))型，产品样样本设计值为为：泵流量Q＝720m3/h；泵扬程H＝26m；轴功率N＝60.7kkW；配套电机机功率为Ne＝75kW。3＃、4＃、5＃泵为300S--32型，产品样样本设计值为为：泵流量Q＝790m3/h；泵扬程H＝32m；轴功率N＝79.2kkW；配套电机机功率为Ne＝110kW。2技术改造的的途径为了节约电电能，必须使使泵的效率尽尽量提高。同同时还必须使使泵的高效率率工作点尽量量与泵的实际际工况相接近近。这两个技技术要求是所所有制造厂和和泵站设计者者都知道的，但但要切实做到到这两点，往往往并不是根根据泵产品样样本选一种合合适的泵就能能做到的。首先，我我国现在制造造的水泵，特特别是自来水水公司广为采采用的Sh型水平中开开式离心泵，均均是80年代采用一一元流动理论论设计的，方方法已经落后后，效率低。其次，由由于实际管线线、阀门等状状况的千差万万别，泵站设设计者预先很很难对泵的扬扬程、要求进进行精确的计计算，即使计计算准确也难难以在泵制造造厂样本中找找到流量、扬扬程相符的泵泵，只能采用用型号尽量接接近的泵。这就造成成了自来水公公司泵运行中中的两大问题题：(1)耗能高——表现在1m3水电耗高；(2)供水能力吃吃不准——往往需要多多备机组、大大小搭配。针对上述述问题我们进进行节能技术术改造。其途途径是：不动动管路、泵体体、电机等，依依据实际运行行状况，应用用三元流动理理论，重新设设计水泵叶轮轮，确保泵的的效率尽可能能高，流量尽尽可能大，而而电机一般不不过载，实现现节能增效的的目的。由于于仅更换叶轮轮，工作量很很小，但实际际上是换装了了一台新型大大流量、高效效率泵。3新型三元流流动叶轮的设设计计算3.1主要结结构尺寸为了增大流流量、提高效效率，将泵入入口截面增加加20%，入口截面面直径为2330mm。专门设计计了一种新式式螺旋密封，装装于叶轮两侧侧，改善了密密封条件。叶轮出口口截面增大6%，但径向尺尺寸减少14%，由于耗功功和直径立方方成正比，这这将大大减少少泵的电耗，但但经过仔细核核算足以提供供所需的扬程程。3.2叶片形状状的设计及三三元流动计算算分析叶叶片形状为完完全三元扭曲曲型，用计算算机完成型线线设计。叶轮轮内水流速度度为W，则流速W满足下列偏偏微分方程：：W/L＝C1WW+C2dW/dmm+C3(1)式(1)中C11，C2，C3为流线L几何形状及及叶轮转速的的函数，m为流线L至叶轮子午午面内的投影影线。按S1和S2两类流面分分别计算出系系数C1，C2，C3，于是可积积分(1)式得出W沿L的变化。其其初值则由连连续方程(2)确定。∫∫WndF＝＝Q/n(2)(2)式中F为为与流线L正交的通流流面积，Wn为W在F的法线方向向的分量，Q为泵流量，n为叶轮内叶叶片数目。式式(1)和式(2)在电子计算算机上反复迭迭代求解，直直到流线网络络收敛为止，我我们可得出流流速在叶轮内内任一点的数数值即三元流流动解。图2示意了I＝1～5等5个流面上三三条流线上的的流速W的分布。上上边的为叶片片吸力面，下下边的为叶片片压力面，中中间的为流道道中心线。从从图2中我们看到到改型叶轮流流速W低于原型叶叶轮，这就降降低了流动损损失，提高了了效率。特别别是叶轮出口口段(看中间流线)，改型叶轮轮流速呈加速速而原型为减减速，因而改改型叶轮大大大减少了出口口分离的涡流流，尾迹区的的缩小使叶轮轮流量明显增增大，效率提提高。三元流流动计算分析析是判断叶轮轮设计优劣的的最有力工具具。图2流速沿流流线L的分布(三元流动解)4试验测量方方法及结果分分析采用最直接接而可靠的方方法测定泵在在实际工作状状况下的下述述参数：(1)泵流量Q：用容积法法直接测量泵泵的流量，即即测出泵充满满一定容积水水池的时间，由(3)式直接计算出泵流量：Q＝ΔQ/Δtt(3)式中ΔQ＝ΔHH.S，其中ΔH为水池充水水深度，S为水池的面面积。Δt为充满此水水池所用时间间。这种种方法是最可可靠而直接的的测量方法，比比用这种方法法标定的各种种流量计测出出的流量更准准确。(2)1m3水电耗f：对于一级级站这样的供供水系统而言言，由于要把把江水泵至高高位反应池，我我们可以直接接测量出供水水ΔQ所需的总电电耗Δf，由电表直直接测出电机机在Δt时间的电耗耗，可计算出出1m3水耗电f。f＝Δf/ΔQQ(4)这个f值实实际上是泵效效率、电机效效率及管路系系统效率综合合的技术指标标，对自来水水公司而言是是最终的节电电指标。f越小则表示示节电越明显显。我们可以以用耗电率η＝f改型/f原型来表示改改型后节电效效果。表表1中列出了改改型前后实测测的结果。可可以看到泵的的流量平均增增大了13%；耗电率η下降了约20%。由(f原型-f改型)×总供水量，即即可测算出节节电效果(kW.h)，见表1。表1节电效效果序号项目1＃(原型泵))2＃(原型泵))1＃(改型泵))2＃(改型泵))1液位升高ΔH//m2.422.412.382.3852总水量ΔQ/mm3225.06224.13221.34221.813时间Δt/s114511479989514泵流量Q/m33/h707.61703.46798.42839.625总电耗Δf/kkW.h2220.816.8166单位电耗f/kkW.h/m30.097880.092880.075990.072117流量增大率q//%100100112.8119.358耗电率η/%10010081.7977.699工作电压/V38038036037510工作电流/A120120114110人们最关心心的是泵流量量大了，为什什么耗电反而而少了?这原因就在在于改型泵尽尽管只是改变变了叶轮，实实际上已成为为另一种全新新的泵，它与与原型泵有完完全不同的特特性，如图3所示。图3图3上部为为泵的扬程～～流量特性；；图3下部为泵的的输入电功率率～流量特性性。虚线为原原型泵，实线线为改型泵。我我们看到对泵泵实际工作的的扬程H，改型泵流流量Q改大于原型泵泵流量Q原；由对应流流量可查得改改型泵输入电电功率P改小于原型泵泵输入电功率率P原。5结论(1)改型型后，泵1m3水电耗平均均下降了20%，按供水3万m3/d计算，全年年可节电约36万kW.h。(2)改型后，泵泵流量平均增增大了约13%。(3)改型后，电电机电流下降降至110～116A，而原配电电机额定电流流分别为140A((75kW))和200A((110kWW)，电机负荷荷安全系数大大大增加，同同时也提供了了进一步增大大流量的潜力力(如必要的话话，可再改型型)。由于叶轮轮统一为一种种也减化了维维修工作。作者通讯处：刘刘殿魁（1000883北京市学院院路20号北京902信箱流体体机械专业委委员会）刘力力（1000883北京市学院院路20号北京902信箱流体体机械专业委委员会）余方方建（1000883北京市学院院路20号北京902信箱流体体机械专业委委员会）叶文文效（1000883北京市学院院路20号北京902信箱流体体机械专业委委员会）参考文献1，刘殿魁.离心泵内具具有射流-尾迹模型的的三元流动计计算.工程热物理理学报，1986..7(1)