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青草沙水库长兴泵站运行模式探讨

2016-01-14奚培荣李国俊

科技资讯 2015年5期
关键词:轴功率运行模式离心泵

奚培荣 李国俊

摘 要:本文介绍单级卧式双吸离心泵效率的计算方法,阐述影响离心泵效率的因素。结合青草沙水库长兴泵站在不同运行模式下的实际工况,参照国标,根据机泵运行数据,计算水泵及变频器运行效率,核算水泵选配电机功率。比较长兴泵站在不同运行模式下,机泵运行的效率、泵口压力及流速。继而判断水泵是否运行在高效区内,选择合适的运行模式,兼顾安全与节能,从而达到节能降耗的目的。通过不同运行模式的比较,将其他运行模式作为技术储备,科学合理地安排长兴泵站的运行管理。

关键词:离心泵 水泵效率 比转速 轴功率 运行模式

中图分类号:TU991 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)02(b)-0000-00

上海市科学技术委员会科研计划项目中课题编号为14231200401项目内论文

0 前言

泵站担负着城市生产和生活供水的重要任务,在运行过程中消耗了大量电能。提高泵站的运行效率,可以节省日常运行的能耗。但在泵站运行中,供水量并不是一成不变的,泵站不可能始终处于最优的运行状态。通过运行方式的改变,使水泵尽量运行在高效区。

1 离心泵轴功率与电机功率

离心泵在实际运转过程中由于存在容积损失(泄露损失)、水力损失(水流在水泵内的摩阻、冲击损失)和机械损失(转动的叶轮和泵轴同固定泵壳等轴承的摩擦损失),造成了水泵效率的降低。

1.1 水泵效率

水泵效率是指泵的有效功率和轴功率之比。即。泵的功率通常指输入功率,即原动机传到泵轴上的功率,故又称轴功率,用P表示。

(1)

有效功率即泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积,用Pe表示。

(4)

ρ—泵輸送液体的密度(kg/m3)

g—重力加速度(m/s2)

H—提升液体高度(m)

Q—流量(m?/h)

1.2配套的电机功率

(2)

式中:N电机—配套电机功率(kw)

K—备用系数

N轴—水泵轴功率(kw)

备用系数也称富裕系数,它考虑了电机的机械效率等因素,其值随轴功率而异,一般可查表获得,见表1。

表1 K值的取值

N轴(kw)

<1

1~2

2~5

5~10

10~25

25~60

60~100

>100

K

1.7

1.7~1.5

1.5~1.3

1.3~1.25

1.25~1.15

1.15~1.1

1.1~1.08

1.08~1.05

2 离心泵的效率

2.1离心泵的效率标准

国家标准《离心泵效率》GB/T13007-2011规定了离心泵的效率标准,见表2。需要说明的是表2中A栏数值为水泵效率最高点,B栏数值为高效区临界点效率,超出临界点,水泵效率下降很快。表中的效率值是比转速在ns=120~210的数值。

表2 单级离心泵效率

Q,m?/h

1000

1500

2000

3000

4000

5000

6000

7000

η

A

85.7

86.6

87.2

88

88.6

89

89.2

89.5

B

78.7

76.6

77.2

78

78.6

78.9

79.2

79.4

2.2 比转速

水泵的比转速是体现水泵性能的重要参数,它与流量Q、扬程H、转速n有关,对于离心泵而言,比转速在120~210之间时,水泵效率最高。

比转速ns计算公式:

(3)

式中:Q—流量(m?/s)

H—扬程(m)

n—转速(r/min)

从公式(3)可知,比转速随扬程H增大而减小,随流量增大而增大,说明低比转速时,水泵扬程高、流量小;而高比转速时,水泵流量大、扬程低。

3 水泵效率计算

3.1 配套电机的选取

实例 青草沙水库长兴泵站采用卧式中开双吸离心泵,转速为740转/分,流量为3418m?/h,水泵设计效率88.2%,扬程为15.8m,求其水泵效率、轴功率和电机功率。

(1)求比转速ns

(2) 查《离心泵效率》中修正值ns=332,=3%(查GBT 13007-2011,因比转速ns取值范围为20~300,我们取比转速ns=300的对应修正值3%)

(3) 因此轴功率

查配套电机功率

长兴泵站水泵配套电机功率为200kw,与我们的计算值较为接近。

3.2 不同运行模式的比较

运行模式1(单泵单管) 青草沙水库长兴泵站某时采用单泵单管运行,调频30hz,流量2380m?/h,扬程4.8m,求此工况时水泵效率、轴功率。

(1)

(2)查得此工况下,变频器输出功率为37.6kw。

(3) 则此工况下水泵效率

(4) 查得此工况下,断路器输出功率为44kw,则变频器效率为

(5)从电源输入→变频器→电动机→水泵→出水,整个供水工艺的总效率为,计算结果见表3

表3 单泵单管运行模式效率计算值

有效功率Pe 变频器功率 P变频器 水泵效率η 变频器效率η 总效率η

31.1kw 37.6kw 82.7% 85.5% 70.7%

运行模式2(双泵单管) 青草沙水库长兴泵站某时采用双泵单管运行,两台机泵调频均为23hz,流量2170m?/h,扬程4.2m,此工况时水泵效率、轴功率。

根据上述计算方法,计算结果见表4

表4 双泵单管运行模式效率计算值

有效功率Pe 变频器功率 P变频器 水泵效率η 变频器效率η 总效率η

24.8kw 16.4*2 75.6% 78.1% 59.1%

运行模式3(双泵双管) 青草沙水库长兴泵站某时采用双泵双管运行,两台机泵调频分别为21hz、22hz,流量2344m?/h,扬程分别为3.36m、3.57m,此工况时水泵效率、轴功率。

根据上述计算方法,计算结果见表5

表5 双泵双管运行模式效率计算值

有效功率Pe 变频器功率 P变频器 水泵效率η 变频器效率η 总效率η

22.1kw 27kw 81.8% 83.1% 68%

目前长兴水厂需水量稳定在48000m?/d,与设计供水规模相差较大。三种不同运行模式下,流量、流速、压力计算值,见表6

表6不同运行模式下流量、流速、压力计算值

流量(m?/h) 流速(m/s) 压力(m)

单泵单管 2380 0.58 4.8

双泵单管 2170 0.53 4.2

双泵双管 2344 0.29 3.36

DN1200×2原水输水管能够满足各种工况的原水供应要求,各工况下的流速基本在合理范围内。但长兴支线2根DN1200原水管线若同时运行,则流速太小,原水管线内容易产生淤积。

3.3 运行模式的比较

通过对上述三种不同运行模式下,水泵效率、变频器效率、流速等的计算。水泵高效区范围大致在水泵最高效率的90%,按照目前供水水量,只有单泵单管运行模式下达到水泵高效区;由于长兴泵站配套变频器为260kw,目前因供水量较小,机泵负载较轻,整流损耗、逆变损耗占比较多,造成了变频器效率较低(一般效率为90%~95%)。三种运行模式优缺点见表7

表7 方案比较表

运行模式

比较

运行模式1

(单泵单管)

运行模式2

(双泵单管)

运行模式3

(双泵双管)

优点

1、水泵效率高

2、较为节能

供水可靠性高

1、供水可靠性高

2、水泵及变频器

效率相对较高

缺点

突发跳电故障,

将导致短时断水,安全可靠性低。

1、水泵及变频器

效率较低

2、为防止形成管道内死水,需隔天换泵换管运行。

管道内流速太低(0.28m/s),容易造成管道淤积。

综上,随着今后水量增加,水泵负载增大,变频器效率也将得以提高。作为供水企业,供水安全性、可靠性应摆在首位。

通过比较,认为运行模式3(双泵双管)较为合适。

参考文献

[1] 《離心泵效率》GB/T 13007-2011

[2] 马信国,选泵中效率计算问题—选泵的节能技术

[3] 上海城投原水有限公司原水调度中心,《长兴支线调试方案》

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