給水水泵節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

范華

（大同煤礦集團(tuán)供水分公司，山西 大同 037003）

1 概況

同煤集團(tuán)供水分公司成立于1991年3月，擔(dān)負(fù)著集團(tuán)公司工業(yè)生產(chǎn)用水和60萬(wàn)職工家屬生活用水的供水任務(wù)，日供水量8萬(wàn)m3左右。

目前，供水分公司擁有時(shí)莊、下窩寨2個(gè)自備水源地；擁有200 mm以上的主管線190多km；建有水廠3座，加壓站18座，減壓站2座，擁有機(jī)電設(shè)備500多臺(tái)，年總耗電量達(dá)45 000 MWh，是名符其實(shí)的用電大戶，具有很大的節(jié)電潛力。

2 問(wèn)題研究

我們成立了技術(shù)攻關(guān)小組，通過(guò)大量的摸底、分析、研究，決定對(duì)那些落后陳舊運(yùn)行效率低及運(yùn)行不合理的水泵，采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，進(jìn)行科學(xué)合理的技術(shù)改造和更新，在分析和研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)水泵運(yùn)行存在以下三種問(wèn)題：

第一種問(wèn)題：多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行，每臺(tái)泵都不能充分發(fā)揮其功效，流量均有不同程度的減少，屬于此種情況的有機(jī)廠加壓站各個(gè)泵。

第二種問(wèn)題：并聯(lián)運(yùn)行的水泵揚(yáng)程相差太大，致使低揚(yáng)程水泵不能發(fā)揮作用，屬于此種情況的有四老溝加壓站2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)泵。

第三種問(wèn)題：揚(yáng)程過(guò)高，電機(jī)功率過(guò)剩，屬于此種情況的有煤峪口、狼兒溝、時(shí)莊、雁崖、挖金灣加壓站。

下面分別舉例加以說(shuō)明：

第一種問(wèn)題：機(jī)廠加壓站1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)泵的型號(hào)為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚(yáng)程為130 m。根據(jù)2002年4月3日測(cè)試，測(cè)得3號(hào)泵單泵運(yùn)行的流量為394 m3/h，2號(hào)、3號(hào)泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)3號(hào)泵的流量為360 m3/h，為單泵運(yùn)行時(shí)流量的91.4%，單泵流量有 8.6%減少，同時(shí)測(cè)得雙泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的壓力為0.66 MPa，而泵的揚(yáng)程為130 m，有將近50 m揚(yáng)程的浪費(fèi)，由此造成工況點(diǎn)不在高效區(qū)，也達(dá)不到最高效率的90%。

第二種問(wèn)題：四老溝加壓站原1號(hào)、5號(hào)泵的型號(hào)為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚(yáng)程為130 m。2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)泵的型號(hào)為8sh-6，流量為234 m3/h，揚(yáng)程為93.5 m。2000年11月測(cè)得4臺(tái)泵（3臺(tái)8sh-6，1臺(tái)200D-65×2）聯(lián)合運(yùn)行時(shí)4號(hào)泵的流量為103 m3/h，為單泵額定流量（234 m3/h）的44%，為單泵實(shí)測(cè)流量（355 m3/h）的29%。由此可見(jiàn)，聯(lián)合運(yùn)行的水泵揚(yáng)程相差太大，低揚(yáng)程的水泵遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能發(fā)揮其作用，造成工況點(diǎn)不在高效區(qū)，也達(dá)不到最高效率的90%。

第三種問(wèn)題：狼兒溝加壓站原1號(hào)、4號(hào)泵的型號(hào)為6sh-6，流量為162 m3/h，揚(yáng)程為78 m，電機(jī)功率為55 kW，效率為74%。

在對(duì)1號(hào)、4號(hào)水泵進(jìn)行技術(shù)測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)水泵的工況點(diǎn)都不在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)，見(jiàn)表1。

表1 各泵工況點(diǎn)的流量、揚(yáng)程、電機(jī)功率、效率表

由表1中可見(jiàn)各水泵運(yùn)行效率均低于水泵最高效率的90%，即74%×90%＝66.6%，最低效率僅為14.99%，僅是最高效率的20.26%，另外，電機(jī)均超負(fù)荷運(yùn)行，這對(duì)電機(jī)使用壽命影響極大。

3 節(jié)能技術(shù)研究改造內(nèi)容

在分析、研究水泵運(yùn)行存在上述三種問(wèn)題情況下，我們決定對(duì)其進(jìn)行改造，具體改造內(nèi)容如下：

3.1 合理選用水泵運(yùn)行方式的技術(shù)改造內(nèi)容

1）機(jī)廠加壓站的改造內(nèi)容如下：以一臺(tái)型號(hào)為12sh-6A，流量為756 m3/h，揚(yáng)程為78 m，功率為260 kw，效率為82%的泵代替了原二臺(tái)型號(hào)為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚(yáng)程為130 m，電機(jī)功率為180 kW，效率為68%的泵。

2）四老溝加壓站的改造內(nèi)容如下：以二臺(tái)型號(hào)為200S-95，流量為280 m3/h，揚(yáng)程為95 m，功率為110 kW，效率為77%的泵代替二臺(tái)型號(hào)為200D-65×2，流量為280 m3/h，揚(yáng)程為123 m，電機(jī)功率為190 kW，效率為68%的泵。

3.2 合理選用水泵的技術(shù)改造內(nèi)容

1）煤峪口加壓站的改造內(nèi)容如下：以二臺(tái)型號(hào)為150S-78A，流量為180 m3/h，揚(yáng)程為55 m，電機(jī)功率為45 kW，效率為77%的泵代替二臺(tái)型號(hào)為6DA-8×5，流量為144 m3/h，揚(yáng)程為140 m，電機(jī)功率為100 kW，效率為70%的泵。

2）狼兒溝加壓站的改造內(nèi)容如下：以二臺(tái)型號(hào)為8BA-18，流量為285 m3/h，揚(yáng)程為18 m，電機(jī)功率為22 kW，效率為83.7%的泵代替二臺(tái)型號(hào)為6Sh-6，流量為162 m3/h，揚(yáng)程為78 m，電機(jī)功率為55 kW，效率為72%的泵。

3）時(shí)莊水廠的改造內(nèi)容如下：以一臺(tái)型號(hào)為8Sh-13A，流量為270 m3/h，揚(yáng)程為36 m，電機(jī)功率為37 kW，效率為83.5%的泵代替一臺(tái)型號(hào)為8Sh-6，流量為234 m3/h，揚(yáng)程為93.5 m，電機(jī)功率為100 kW，效率為73.5%的泵。

4）雁崖加壓站的改造內(nèi)容如下：以一臺(tái)型號(hào)為8BA-18，流量為285 m3/h，揚(yáng)程為18 m，電機(jī)功率為22 kW，效率為83.7%的泵代替一臺(tái)型號(hào)為D280-43×3，流量為280 m3/h，揚(yáng)程129 m，電機(jī)功率為160 kW，效率為80%的泵。

5）挖金灣加壓站改造的內(nèi)容如下：以一臺(tái)型號(hào)為8BA-18A，流量為260 m3/h，揚(yáng)程為15.7 m，電機(jī)功率為18.5 kW，效率為83.5%的泵代替一臺(tái)型號(hào)為6DA-8×4，流量為144 m3/h，揚(yáng)程為112 m，電機(jī)功率為100 kW，效率為71%的泵。下面將改造前后水泵運(yùn)行參數(shù)匯總見(jiàn)表2。

表2 改造前、后水泵運(yùn)行參數(shù)情況表

由上表可以看出，對(duì)于運(yùn)行方式不合理的前3臺(tái)水泵改造后，解決了多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)每臺(tái)泵不能充分發(fā)揮其功效和揚(yáng)程相差太多低揚(yáng)程水泵不能充分發(fā)揮作用的問(wèn)題，對(duì)于存在揚(yáng)程過(guò)高的后7臺(tái)水泵改造后，水泵的揚(yáng)程、電機(jī)功率均有明顯地降低與減少，水泵揚(yáng)程最多的降低了111 m，電機(jī)功率最多的減少了138 kW。另外，效率都有了明顯的提高，平均提高了9.7%，達(dá)到了改造的目的。

4 選型設(shè)計(jì)

4.1 泵的流量計(jì)算

在選擇水泵時(shí)，為了保證在任何情況下都能滿足用戶對(duì)用水量的要求，水泵的供水能力必須以滿足最高日、最高時(shí)用水量為依據(jù)。另外，水泵的選擇還必須考慮水泵的運(yùn)行方式，是單泵運(yùn)行還是多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行等因素。

4.2 泵揚(yáng)程的確定

水泵的揚(yáng)程是指單位重量的水通過(guò)水泵后獲得的能量的增加值。水泵的揚(yáng)程應(yīng)是指吸水高度、輸水高度以及管路的總水頭損失（包括吸水、輸水管路的沿程和局部水頭損失）。為使水流有一定壓力出流，還要提供一些富裕水頭。這些數(shù)值的總和即為水泵的總揚(yáng)程。H＝H1＋ H2＋ h1+ h2+(1-2) （式中各量的含義下文標(biāo)明）

4.3 必須的電動(dòng)機(jī)容量

水泵的流量、揚(yáng)程確定后，就可確定必須的電動(dòng)機(jī)容量。Nd＝ KPgQH／1 000×3 600×η×ηc（式中各量的含義下文標(biāo)明）

水泵流量、揚(yáng)程、必須的電動(dòng)機(jī)容量，運(yùn)行方式確定后，就可選用合適的水泵，選擇水泵時(shí)盡量選用高效新型水1泵。目前，水泵最高效率可達(dá)84%以上，效率可提高0%以上。

4.4 下面以機(jī)廠加壓站為例，進(jìn)行實(shí)際選泵設(shè)計(jì)

4.4.1 概況及存在問(wèn)題

機(jī)廠加壓站原向白家灣加壓站及中央機(jī)廠送水的泵有7臺(tái)，型號(hào)為200D－65×2，供水情況是（以1999年1－6月份運(yùn)行記錄為依據(jù)），每天2臺(tái)泵聯(lián)合運(yùn)行的時(shí)間為11.75 h。經(jīng)實(shí)測(cè)兩臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)泵出水量為原來(lái)的91.4%，3臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，單臺(tái)泵的出水量為原來(lái)的83.7%。也就是說(shuō)，并聯(lián)的泵越多，出水量并不是成正比增加，參與并聯(lián)運(yùn)行的水泵的排水量要比其單獨(dú)工作時(shí)的排水量小。另外，機(jī)廠與白家灣高差55 m，兩臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行的實(shí)際工作壓力為0.66 MPa，而泵的揚(yáng)程為130 m，存在嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象。

4.4.2 選泵設(shè)計(jì)

4.4.2.1 水泵的流量計(jì)算

根據(jù)機(jī)廠加壓站1999年、2000年、2001年、2002年運(yùn)行記錄，發(fā)現(xiàn)最高日、最高時(shí)的需水量為740 m3。

4.4.2.2 水泵揚(yáng)程的確定

水泵的總揚(yáng)程為

式中：H1為水泵吸水高度。因我公司各加壓站均是正壓輸水，所以不存在吸水高度，H1＝0；H2為水泵輸水高度，機(jī)廠加壓站水泵泵軸至白家灣加壓站最高水位是57 m，H2＝57 m；h1為吸水管路的沿程和局部水頭損失（m），由于吸水管路很短可忽略不計(jì)；h2為輸水管路的沿程和局部水頭損失（m）。

一般局部水頭損失可按沿程損失的0.1倍計(jì)算，沿程損失等于千米損失×沿程距離，這里千米損失等于3.04 m，沿程距離等于4.7 km，所以h2等于1.1×3.04×4.7＝15.7 m。

所以H＝57＋15.7＋2＝74.7（m）

4.4.2.3 必須的電動(dòng)機(jī)容量

式中： Nd為電動(dòng)機(jī)必須的容量， kW；P為水密度（kg／m3），取P＝1 000 kg／m3；g為重力加速度，取g＝9.8kg.m／S2；Q為工況流量，m3／h，取Q＝750 m3／h；H為工況揚(yáng)程，m，取H＝75 m；η為泵工況效率，取N＝0.84；ηc為傳動(dòng)效率，取Nc＝0.98；K為富裕系數(shù)，取K＝1.1。

所以Nd＝1.1×1×103×9.8×750×77／1 000×3 600×0.84×0.98＝210（kW）。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)和產(chǎn)品目錄，選泵型號(hào)12SH－6A，流量，756 m3／h，揚(yáng)程78 m，電機(jī)功率260 kW。運(yùn)行方式為單泵運(yùn)行。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）節(jié)約大量電費(fèi)。各個(gè)加壓站水泵改造后的節(jié)電情況是以泵改造前后實(shí)際發(fā)生的水量、電量為依據(jù)計(jì)算的，具體見(jiàn)下頁(yè)表1。

由表1可見(jiàn)，水泵技術(shù)改造后，噸水電耗都有了很大的降低，最多的降低了0.39 kW·h／m3，每年可節(jié)電353×104kW·h，每度電按0.35元計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)124萬(wàn)元。

2）節(jié)約大量設(shè)備配件費(fèi)。機(jī)廠、四老溝加壓站換下的5臺(tái)泵可作為白家灣、大斗溝加壓站的備用泵供檢修用，可節(jié)約資金25萬(wàn)元。

水泵揚(yáng)程過(guò)高，內(nèi)部會(huì)發(fā)生汽蝕，久之會(huì)損壞輪或其它部件。改造前，每年都要對(duì)葉輪、平衡裝置、軸承等配件進(jìn)行1~3次更換。改造后，解決了汽蝕問(wèn)題，更換零配件次數(shù)減少，每年最多更換一次。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年至少可節(jié)約1萬(wàn)元配件費(fèi)。

3）效率提高了，平均提高了9.7%。以上合計(jì)每年節(jié)約資金150萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5.2 社會(huì)效益分析

水泵技術(shù)改造后，由于泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)、檢修、減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度；改造后，解決了汽蝕問(wèn)題，減少了維修次數(shù)，節(jié)省了人力、物力、節(jié)約汽油消耗，在保證集團(tuán)公司正常的生產(chǎn)、生活用水情況下，取得明顯的社會(huì)效益。