項(xiàng) 春,崔梁萍,施高萍

(浙江水利水電?？茖W(xué)校,浙江 杭州 310018)

1 浙江省機(jī)電排灌泵站基本概況

浙江省是機(jī)電排灌比較發(fā)達(dá)的省份之一,根據(jù)2008年浙江水利統(tǒng)計(jì)年鑒,浙江省排灌動(dòng)力保有量約為123萬(wàn)kW,機(jī)電排灌面積69.73萬(wàn)hm2(1046萬(wàn)畝),其中純排澇面積4.87萬(wàn)hm2(73萬(wàn)畝)。全省固定排灌泵站58734處,總裝機(jī)功率96萬(wàn)kW;其中單座為大型的泵站有5座,總裝機(jī)功率為21580 kW;單座為中型的泵站有45座,總裝機(jī)功率為52392 kW。浙江省固定泵站總裝機(jī)功率占全國(guó)2395萬(wàn)kW總量的4%,位居全國(guó)第9位[1]。為切實(shí)提高防災(zāi)減災(zāi)能力,減少自然災(zāi)害對(duì)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅,省委、省政府提出實(shí)施浙江省泵站更新改造的戰(zhàn)略,根據(jù)輕重緩急原則,浙江省2009年啟動(dòng)了為期5 a的大中型泵站的更新改造工作[2]。

在能源日趨緊張的今天,進(jìn)行泵站更新改造,節(jié)約能源仍大有潛力可挖。依據(jù)泵站效率公式:η泵站=η泵×η電×η傳×η池×η管,節(jié)能的有效途徑就是提高主水泵、動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)裝置、進(jìn)出水池和管路各部分的效率[3-4],本文針對(duì)浙江省泵站的現(xiàn)狀著重從主水泵角度提出泵站更新改造過(guò)程中提高效率的有效途徑。

2 主水泵的更新

《泵站安全鑒定規(guī)程》 (SL 316—2004)規(guī)定:4類水泵技術(shù)狀態(tài)差,設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞,存在影響安全運(yùn)行的重大缺陷或事故隱患,零部件不全,經(jīng)大修或更換元器件也不能保證安全運(yùn)行以及需要報(bào)廢或淘汰的設(shè)備,故需對(duì)其整體更新;3類水泵總體上技術(shù)狀態(tài)較差,主要部件有損壞,存在影響運(yùn)行的缺陷或事故隱患,在正常工作范圍內(nèi)不能保證安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行,需要根據(jù)其老化程度、能耗大小和條件許可情況,決定是否對(duì)其整體更新。

2.1 水泵類型的選擇

選擇什么樣的泵型將直接影響水泵效率。機(jī)電排灌泵站中使用較多的是軸流泵、離心泵和混流泵,3種泵型的比較見表1[5]。結(jié)構(gòu)形式上主要有臥式、立式和斜式 (斜15,30,45等)。在浙江省的杭嘉湖、紹興等低洼易澇區(qū)以低揚(yáng)程的軸流泵為主,在金華、衢州、溫州等以高揚(yáng)程的離心泵為主。

由于混流泵比軸流泵的效率高,高效區(qū)寬,功率變化小,啟動(dòng)功率小,汽蝕性能好,噪聲振動(dòng)小,水位變化適應(yīng)性好,在同樣參數(shù)下比軸流泵的轉(zhuǎn)速高、體積小,所以在更新改造過(guò)程中若這2種泵型均可采用的情況下應(yīng)優(yōu)先選用混流泵。

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另外,潛水電泵的電動(dòng)機(jī)與水泵等幾乎所有的部件在制造廠家就已經(jīng)組裝成一體,結(jié)構(gòu)緊湊,大大簡(jiǎn)化了泵站現(xiàn)場(chǎng)的組裝工作,安裝十分簡(jiǎn)便、快捷,可節(jié)省泵站總體投資30%左右,目前潛水電泵在全國(guó)的用量已達(dá)到10%左右。近幾年由于潛水電泵機(jī)械密封技術(shù)有了很大提高,再加上增加了很多監(jiān)控設(shè)備,潛水電泵的可靠性和使用壽命有顯著提高,具有廣闊的應(yīng)用前景。

水泵選型一般步驟見圖1。主水泵選型需要分析總結(jié)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),找出水泵運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題,并嚴(yán)格按照新的運(yùn)行條件和要求來(lái)選擇水泵。在平均揚(yáng)程時(shí),水泵在高效區(qū)運(yùn)行;在最高揚(yáng)程和最低揚(yáng)程下,水泵能安全穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

20世紀(jì)80年代中期以來(lái),我國(guó)一些研究機(jī)構(gòu)研制出了一批新的水力模型,特別是最近幾年為南水北調(diào)工程用泵研發(fā)的新的模型,它們具有流量大、效率高、高效范圍寬、汽蝕性能好等特點(diǎn),比較適合大中型泵站的更新改造需要。

2.2 水泵臺(tái)數(shù)的確定

在建站投資方面,無(wú)論是機(jī)電設(shè)備費(fèi)還是土建工程費(fèi),在設(shè)備容量一定的情況下,機(jī)組數(shù)目越少其投資就越小。

運(yùn)行管理費(fèi)用方面,通常是機(jī)電設(shè)備容量越大其效率就越高;機(jī)組數(shù)目越少,需要的運(yùn)行人員及維修費(fèi)用等越少。

保證性和適應(yīng)性方面,機(jī)組數(shù)目越多,越容易適應(yīng)不同時(shí)期的不同水量要求。從排澇泵站的保證性和適應(yīng)性角度出發(fā),通常需要選擇必要的備用機(jī)組,一般占泵站臺(tái)數(shù)的15%,且不少于1臺(tái),但若排澇標(biāo)準(zhǔn)取得高、排澇模數(shù)大的,或者泵站維護(hù)保養(yǎng)及時(shí)、管理水平高的,可以不用考慮備用機(jī)組,以減少投資。

對(duì)于不是經(jīng)常滿負(fù)荷開機(jī)的泵站來(lái)說(shuō),機(jī)組數(shù)以單數(shù)配置為好,以改善進(jìn)水流態(tài),一般建議按照3～7臺(tái) (套)機(jī)組配置,不超過(guò)9臺(tái) (套)。此外還需根據(jù)排區(qū)水域面積、河網(wǎng)的調(diào)蓄容積、河道淤積情況,綜合考慮確定水泵臺(tái)數(shù)。

圖1 主水泵選型步驟圖

2.3 水泵的制造、安裝和運(yùn)行

更新過(guò)程中,應(yīng)充分利用新技術(shù)、新工藝,如:利用多維加工技術(shù)提高泵制造精度,使用不銹鋼葉片,或葉片表面涂覆,采用新式水導(dǎo)軸承和免抬軸水泵調(diào)角器等,提高技術(shù)的含量,提高改造的經(jīng)濟(jì)效益,延長(zhǎng)大修周期,降低改造后泵站的年運(yùn)行管理費(fèi)用。

水泵工作性能的好壞還與其安裝精度有很大關(guān)系,如果安裝精度不符合要求,不僅會(huì)降低水泵效率,嚴(yán)重時(shí)還將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱,以致不能運(yùn)轉(zhuǎn)。

水泵的運(yùn)行需嚴(yán)格按操作規(guī)程啟動(dòng)、運(yùn)行與停車,尤其要注意盤車。盤車的目的是檢查泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活、泵與電機(jī)部件是否有刮磨雜音等,只有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活了才能啟動(dòng)電機(jī),否則可能將電機(jī)燒壞。判斷泵內(nèi)機(jī)件情況有無(wú)脫落,如果存在刮磨的現(xiàn)象,最好處理完再啟動(dòng)電機(jī),否則可能造成機(jī)械損壞。在預(yù)熱時(shí)可以充分預(yù)熱,將葉輪或某部位的氣體充分趕盡防止氣蝕或抽空,將材料的熱應(yīng)力充分均勻分布,避免造成泵的氣蝕現(xiàn)象,引起泵噪聲大、振動(dòng)大、效率低。

要加強(qiáng)水泵的維修保養(yǎng),水泵運(yùn)行一段時(shí)間后必將產(chǎn)生磨損,增加泵內(nèi)的能量損失。為保證水泵能長(zhǎng)期高效工作,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督,及時(shí)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),定期進(jìn)行小、大修,并更換損壞的零部件。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的對(duì)象是水泵的葉輪、口環(huán)、填料、軸承和地腳螺栓等。

3 主水泵技術(shù)改造

《泵站安全鑒定規(guī)程》 (SL 316—2004)規(guī)定:2類水泵技術(shù)狀態(tài)基本完好,滿足泵站運(yùn)行要求,水泵只需局部修復(fù),或更換一些小零部件;3類水泵需要根據(jù)其老化程度、能耗大小和條件許可情況,決定是否對(duì)其技術(shù)改造。

對(duì)于揚(yáng)程、功率和轉(zhuǎn)速等配套不當(dāng)?shù)乃眯吞?hào)應(yīng)予以調(diào)節(jié)或改造,以提高水泵的運(yùn)行效率。這里所講的改造主要是指葉輪和導(dǎo)葉的改型、其他主要或重要設(shè)備部件的綜合配套改造等。

3.1 調(diào) 節(jié)

若原泵部件還有利用價(jià)值、有關(guān)條件成熟或具備,為避免浪費(fèi),一般先應(yīng)考慮調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)可以擴(kuò)大泵的使用范圍,以滿足泵站新的運(yùn)行要求,提高運(yùn)行效率。

調(diào)節(jié)方式有變角、變徑、變速等,離心泵和小型混流泵一般可采用變速、變徑調(diào)節(jié);可調(diào)葉片的軸流泵一般可采用變速、變角調(diào)節(jié);所有葉片泵都可采用變速調(diào)節(jié)。目前我國(guó)1.6～2.0 m及以下口徑的軸流泵葉片調(diào)節(jié)普遍采用機(jī)械調(diào)節(jié),2.8 m及以上口徑的大泵采用油壓調(diào)節(jié)。油壓調(diào)節(jié)比較可靠,但它需要配外供油系統(tǒng)。機(jī)械調(diào)節(jié)可靠性相對(duì)較差,常常會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)時(shí)抬機(jī)、調(diào)節(jié)軸的軸承溫度過(guò)高甚至燒壞等事故。

3.2 換泵和換葉輪

若在泵站原有水工基礎(chǔ)上進(jìn)行主水泵技術(shù)改造時(shí),需進(jìn)行性能復(fù)核,若符合要求,則更換原型號(hào)新的水泵或葉輪,若不符合要求,或原泵運(yùn)行本來(lái)就存在問(wèn)題,則把原泵或葉輪換成新的型號(hào)。

(1)換泵。要考慮新型泵與動(dòng)力機(jī)和流道間的匹配等問(wèn)題,它涉及泵的能量和汽蝕特性、水力振動(dòng)、運(yùn)行的穩(wěn)定性等,所以在泵站原有水工基礎(chǔ)上采用換泵的辦法來(lái)滿足新的運(yùn)行要求,不僅代價(jià)較高,而且技術(shù)上比較復(fù)雜,通常要借助數(shù)?；蛭锬Ｔ囼?yàn)來(lái)完成。

(2)換葉輪。僅涉及泵內(nèi)的某一部件,因而改造投資可以節(jié)省,通常適用于大中型軸流泵或混流泵站的改造。在更換改型葉輪的同時(shí),最好也更換導(dǎo)葉,如不換導(dǎo)葉,在同一流量下,水流必將在導(dǎo)葉進(jìn)口的背面形成旋渦區(qū),從而引起泵的效率降低,出口壓力脈動(dòng)。

3.3 主軸、軸承及填料密封改造

為減少泵的機(jī)械損失,提高泵運(yùn)行效率,對(duì)已經(jīng)磨壞的主軸,可在磨損部位加鑲不銹鋼套。在加工時(shí)為減小主軸磨損,在泵軸軸頸部位采用不銹鋼、硬質(zhì)合金進(jìn)行堆焊,以提高軸承處軸表面的硬度。

導(dǎo)軸承的導(dǎo)軸瓦可采用耐老化、性能穩(wěn)定和耐磨性能好的彈性金屬塑料瓦。亦可采用一種用非金屬?gòu)椥圆牧现瞥傻妮S瓦,該軸瓦材料為3次交叉結(jié)晶、熱凝固性好的樹脂制成的聚合物,具有低摩擦性、干起動(dòng)能力,以及使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),其使用壽命長(zhǎng),約為聚氨酯橡膠軸承壽命的4倍。

填料密封可采用聚四氟乙烯新型密封材料制作,它具有密封嚴(yán)、耐磨性好、起動(dòng)前可不需加潤(rùn)滑水等特點(diǎn),使用壽命大于8000 h,是常用填料密封壽命的3倍以上。填料密封的好壞將影響水泵的容積損失。

4 結(jié) 語(yǔ)

保證主水泵高效運(yùn)行是提高泵站效率的重要環(huán)節(jié),水泵的效率與水泵選型、設(shè)計(jì)制造水平、安裝精度、運(yùn)行工況及使用情況都有關(guān)。在泵站的更新改造工程中,需針對(duì)具體情況挖掘節(jié)能潛力,找出影響效率的各主要因素,并采取有效措施。需要指出的是,提高水泵效率的措施并不是孤立的,而是相互影響、相互制約的。因此,提高泵站的效率必須全面考慮,綜合改造。

[1]崔梁萍,項(xiàng)春.浙江省泵站現(xiàn)狀調(diào)研分析報(bào)告 [R].杭州:浙江水利水電?？茖W(xué)校,2007.

[2]崔梁萍,項(xiàng)春.浙江省大型灌溉排水泵站更新改造規(guī)劃 (2009-2013)[R].杭州:浙江水利水電專科學(xué)校,2009.

[3]劉超.水泵及水泵站 [M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2003.

[4]丘傳忻.泵站節(jié)能技術(shù) [M].北京:水利電力出版社,1985.

[5]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè) [M].北京:宇航出版社,1995.

[6]中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心.泵站更新改造實(shí)用指南 [M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2009.