褚海波

摘要：中型泵站每年提水量大、揚程高、能耗大，主機組的選型和效率極大地影響著運行成本，實際生產(chǎn)中的水泵運行偏離最佳工況點，導(dǎo)致水泵不在高效區(qū)間運行，造成了電能的大量浪費;灰口鑄鐵材質(zhì)的葉輪和雙吸環(huán)由于機械性能不佳，造成容易氣蝕磨損、壽命短、效率低、維修工作量大等缺點。為此根據(jù)運行條件的變化，分析了電能浪費的原因，提出了采用水泵選型優(yōu)化、改變?nèi)~輪和雙吸環(huán)材質(zhì)并對其進(jìn)行特殊合金噴涂等辦法解決電能損耗、維修成本大等問題，從而提高了效率、降低能耗、延長水泵使用壽命，節(jié)約了運行成本。

關(guān)鍵詞：泵站節(jié)能;機組選型;水泵改造

分類號：TP2

一、工程概述

三門峽市槐扒黃河提水工程是河南省重點建設(shè)項目，提水工程總規(guī)模從黃河提水流量7m3/s，其中一期工程提水流量3m3/s， 二期工程提水流量4m3/s，分四級提水，提水總揚程359m，輸水干線總長31.17km，渠系建筑物39座，其中泵站4座、主機組21臺、沉砂池3座、隧洞7條，渡槽7座，倒虹8座，架空管7座及分水閘、增壓站、分水口等。輸水干線明渠8段共長2180m，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道長17.5km，另建中型調(diào)節(jié)水庫一座。黃河水在含沙量大于50kg/m3時，或黃河水位低于設(shè)計最低取水位246m的情況下，渠首泵站無法提水，由水庫調(diào)節(jié)供水，水庫設(shè)增壓站一座，裝機四臺。隨著小浪底水庫的運行，渠首一級泵站黃河水位不斷抬高，一級泵站抽取黃河水，經(jīng)輻流式沉砂池沉沙至水含沙量小于3kg/m3時送入二級站。

二、問題的提出

1水位變化影響節(jié)能

槐扒工程渠首一至四級泵站泵站共有機組21臺，總裝機容量21000kw。一級站裝機6臺，揚程70m，單機流量0.8～1m3/s，二、三、四級泵站分別裝機4臺，揚程100米，單機流量為1m3/s。一級泵站抽取黃河水，上距三門峽大壩23km，下距小浪底大壩108km，處于小浪底水庫的回水末端。小浪底水庫自2010年運行方式發(fā)生變化，非汛期水位維持在260～270之間左右，比最低水位246高出14～24米。黃河正常水位較以前升高10多米，已偏離了原水泵運行的工況點，造成原有水泵運行效率降低。

2機組選型影響節(jié)能

增壓站共四臺500s35水泵，揚程35m、流量2016m?/h，軸功率218kw、轉(zhuǎn)速970轉(zhuǎn)/分，配套電機型號為Y2355L，額定功率250kw 、轉(zhuǎn)速990轉(zhuǎn)/分、效率94﹪、額定電壓 380v、額定電流455A，功率因數(shù)0.88、絕緣 F級。運行中，電機功率達(dá)到260kw以上，出水流量達(dá)到2100 m?/h，電機處于過負(fù)荷狀態(tài)，電機溫升較高，8小時后甚至溫度可達(dá)到110℃以上，處于耗能較高狀況，電機絕緣老化快，數(shù)次出現(xiàn)電機燒毀事故。為了降低電機功率，水泵出廠時已經(jīng)過一次切削，在使用過程中又經(jīng)三次葉輪切削，電機運行功率有些降低，但是任然不能解決電機過熱問題，并使水泵效率進(jìn)一步降低。

三、節(jié)能改造

1一級泵站水泵改造

針對一級泵站水位變化大特點，可以采取安裝高壓變頻器和優(yōu)化水泵選型兩種辦法節(jié)能。高壓變頻設(shè)備造價昂貴，一級泵站6臺水泵，6臺設(shè)備造價在180至240萬元 ，因此采用了優(yōu)化水泵選型辦法。三臺水泵更換為流量1 m?/s，揚程60m，轉(zhuǎn)速970r/min，軸功率664kw，揚程比原水泵減少10m，滑動軸承變?yōu)闈L動軸承，填料密封變?yōu)闄C械密封。經(jīng)測試，選擇合適工況水泵后，效率比原工況水泵提升效率8.9%。

2二、三、四級站水泵節(jié)能改造

水泵參數(shù)不變，每站更換2臺水泵葉輪為鋼板葉輪、并對葉輪和口環(huán)進(jìn)行ni60合金噴涂。經(jīng)測試對比，鋼板焊接葉輪使用壽命較長，抗汽蝕耐磨蝕性好、效率提高2.2%、使用壽命能延長至10000小時左右、葉片汽蝕磨蝕破壞后可修復(fù)再生使用。

3增壓站水泵機組改造

針對增壓站水泵運行偏離工況點，電機處于過負(fù)荷狀態(tài)，且電機溫升較高，能耗較大情況。更換水泵型號為SC2000-60，額定流量2000m?/h、揚程30m、轉(zhuǎn)速 970轉(zhuǎn)/分、效率85﹪，葉輪為鑄造不銹鋼材質(zhì)，滑動軸承變?yōu)闈L動軸承，填料密封變?yōu)闄C械密封。電機更換為高效電機，型號為YE3-355L-6，額定功率250kw、額定電流456A、額定電壓 380v、990轉(zhuǎn)/分、效率95.8﹪、功率因數(shù)0.87、絕緣 F級。經(jīng)測試，水泵流量為2050 m?/h，電機運行功率為220kw，夏天連續(xù)運行最高溫度不超過80℃，解決了電機過負(fù)荷溫度過高問題，經(jīng)測試機組效率提高11%。

四、節(jié)能分析

1不同材質(zhì)水泵部件性能對比

A3鋼板和鑄鐵材料相比，具有良好抗汽蝕耐磨蝕性、良好的機械加工性能，工藝簡單便于操作，生產(chǎn)成本較為便宜。A3鋼板材料屬于軋制態(tài)，金相組織細(xì)密，沖擊韌性好，耐疲勞，并且這種材料的可焊性和機加工性能良好，是制造黃河含砂水質(zhì)工況下雙吸離心泵葉輪的較為理想材料。對葉輪和口環(huán)進(jìn)行ni60合金噴涂，可大大增加其使用壽命。如果灰口鑄鐵葉輪使用壽命按5000小時計算，球墨鑄鐵葉輪使用壽命按8000小時計算，鋼板焊接葉輪使用壽命按20000小時計算，鋼板焊接葉輪的使用壽命是 灰口鑄鐵葉輪的4倍，是球墨鑄鐵葉輪的2.5倍。而鋼板焊接葉輪的造價僅為灰口鑄鐵葉輪造價的1.4-1.5倍，是球墨鑄鐵葉輪造價的1.3-1.4倍，鋼板焊接葉輪的修復(fù)成本是其造價的1/10左右。由此可知，鋼板焊接葉輪性能優(yōu)于球磨鑄鐵葉輪和灰口鑄鐵。

2水泵結(jié)構(gòu)節(jié)能對比

水泵同為填料密封和滑動軸承結(jié)構(gòu)下，鋼板葉輪水泵比灰口鑄鐵葉輪水泵能節(jié)能在2.2%左右;機械密封、滾動軸承、不銹鋼鑄造葉輪結(jié)構(gòu)的水泵比填料密封、滑動軸承、灰口鑄鐵葉輪結(jié)構(gòu)水泵節(jié)能3.4%左右。

3不同工況水泵節(jié)能對比

根據(jù)水泵實際揚程的變化，在揚程減少較大情況下，切削葉輪只能降低水泵效率。在不改變水泵安裝尺寸情況下，改變水泵參數(shù)，適合變化后的工況點，節(jié)能效果明顯。

4高效電機與普通電機節(jié)能對比

目前泵站在用的低壓電機效率普遍不超過90%，更換為YE3系列高效節(jié)能電機后，效率可達(dá)到95%。通過高效節(jié)能電機改造后，電機效率提高5%左右。

五、總結(jié)

中型泵站流量大、揚程高，電費占提水成本比例較大，根據(jù)揚程變化調(diào)整水泵參數(shù)，使水泵運行靠近工況點，提高效率，節(jié)能效果明顯;通過葉輪和口環(huán)材質(zhì)改造，增加使用壽命，同時也可以提高效率;更換普通電機為高效電機提高效率，降低能耗。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張杰 . 淺析泵站工程機電設(shè)計中的節(jié)能措施 [J]. 科技致富向 導(dǎo) ，2013（18）.

（河南省三門峽市水資源管理處，河南三門峽? 472000）