提高潜水泵设备利用率的技术改造

2022-09-12

地下水位的持续下降, 造成了机井泵工作时的扬程增大, 使原来配套的水泵装置变得不匹配, 导致生产能耗增加, 设备出水量和效率降低, 部分潜水泵未达到使用年限就失去使用价值。为此, 对现有配套井泵进行研究改造, 在利用原配电动机的情况下, 提高井泵的扬程, 扩大其适用范围, 适应地下水位的下降, 提高井泵设备利用率, 延长使用年限, 是一种投资少、见效快的新途径, 具有很好的经济效益和社会效益。

1 提高潜水泵设备利用率的方法

通过多年的生产实践, 并经现场抽样实测和统计分析, 发现与机井配套的潜水泵不同程度地存在着高配功率的现象。在研究提高井泵扬程和利用率的措施时, 可以充分利用这部分高配的功率。

2 提高设备利用率的分析计算

水泵运行时的轴功率是根据其工作时的流量、扬程、效率计算的, 计算公式为:

式中N为泵的轴功率, KW;γ为水的密度;Q为泵工作时的流量, 取对应最大轴功率的值, m3/s;H为与工作流量对应的扬程, m;η为与工作流量对应的效率, %;由 (1) 式计算出的泵轴功率, 是运行中可能出现的最大值, 为其配套的电动机功率是根据该值确定的, 计算公式为:N配=K*N/η传 (2) 式中N配为配套电机的功率, KW;K为安全系数;η传为传动效率, 按直接传动取η传=1.0;

用计算出的配套功率选择电动机型号时, 由于电机系列中功率有一定档距间隔, 为防止电机超载, 所选电机功率往往偏大。这样虽能保证水泵运行时电机不过载, 但电机高配却造成了能源的浪费, 而且电机的效率也得不到充分发挥。因此, 在研究提高设备利用率的措施时, 可充分利用高配的这部分功率。利用高配的这部分功率有两种方式:一种是适度提高水泵转速, 使泵的流量、扬程、轴功率增加, 配套趋于合理。但是这种方法需要增加电机的调速设备, 对于井用潜水泵, 常用的调速设备为变频调速设备。但这种调速设备价格昂贵, 将大幅增加使用和管理成本, 没有大范围推广使用的价值。二是增加水泵的叶轮数。配套电机的功率和实际输入轴功率的差值, 有些情况能够满足潜水泵增加一级叶轮后不超载的要求, 有些情况则不能满足潜水泵增加一级叶轮的要求。

判断能否增加一级叶轮的方法是:将 (1) 式中的扬程H变成增加一级叶轮后的扬程值, 计算出泵的轴功率, 再利用 (2) 式计算出配套功率。如果计算出的配套功率小于等于配套电机的功率, 说明能增加一级叶轮, 否则就不能增加一级叶轮。当配套电机不能满足增加一级叶轮要求时, 可根据配套电机的功率由公式 (1) 、 (2) 计算出能增加的扬程值, 然后可按叶轮切削公式确定出增加的这级叶轮的外径, 从而保证电机不超载。由切削公式可知, 叶轮外径和扬程之间的关系为:H1/H2=D22/D22a; (3) 式中H1——切削前每级叶轮的扬程, m

H2为切削前每级叶轮的扬程, m

D2为原叶轮的外径, mm

D2a为切削后的叶轮外径, mm设定可增加的扬程为H2, 当N配=N额定, 且η传=1.0时, 式中n为潜水泵的原叶轮数, 其它符号意义同前。增加的这级叶轮切削量ΔD=D2-D2 a, 由切削公式D2/D2a=Q2/Q2a可知, 切削后将比同级叶轮流量略有减少。

3 技术改造应用情况

我公司的西张水源是太原市主要的水源地之一, 分布着数十眼机井。我们选取了5号井作为研究对象, 对潜水泵设备利用率提高的分析研究情况做了实验应用。

5号井井壁为钢管, 井口为377m m, 变径管井径为300mm, 井深106m。该井配套潜水泵型号为200QJ50-80/4, 水泵将井水提升井口后通过管道输送到周围居民用户。该井投产初期, 设备满足使用要求, 但随着地下水位的逐年下降, 泵的出水量逐步萎缩, 近几年供水服务质量的提升, 对水泵扬程提出了更高要求, 原有设备性能不能满足用户要求。把200QJ50-80/4型潜水泵的相关参数代入 (4) 式可得增加的扬程为9m, 由叶轮切削公式可得增加的叶轮外径为98mm, 叶轮实际切削48mm。潜水泵技术改造前, 测试泵出水量为46.2m3/h时, 泵的总扬程为79.4m, 装置效率为68%, 电能单耗为4.02[KW*h/ (kt*m) ]。潜水泵技术改造后, 泵出水量达到了51m3/h, 装置效率达74%, 电能单耗为3.68[KW*h/ (kt*m) ]。

技术改造前后测试结果对比如下。

如表1所示。

4 技术改造效果分析

首先是节约了能源。设备使用效率的提高, 有效降低了电能单耗。按测试数据计算, 改造后机泵千吨*米的能耗减少了0.34KW*h。水泵按每年运行7000小时计, 年抽水357千吨, 平均扬程按80米计, 年节电达9710.4KW*h。其次是增加了出水量。四号井出水量增幅达到10%。如果西张水源有一半机井进行技术改造, 按日均产水3万吨的产能计, 则日均产水增加3千吨, 年均增产1095千吨, 这项技术改造如果推广应用范围, 产水增量则更加可观。第三是使机泵配套趋于合理。为防止潜水泵运行时电机过载, 通常配套电机功率偏大, 造成“大马拉小车”现象, 致使机泵设备使用效率偏低。经技术改造后, 配套合理, 提高了使用效率。第四是节约了设备购置费用。对潜水泵的技术改造, 使水泵扬程提高, 适应了地下水位的下降, 延长了设备使用寿命, 避免或推迟了原有设备的淘汰, 节约了大量设备购置资金, 开辟了井泵技术改造的新途径。

摘要：地下水位的持续下降, 造成了潜水泵工作扬程增加, 生产能耗增加, 使原有的潜水泵和机井失去匹配, 导致设备出水量和效率降低, 部分潜水泵未达到使用年限就失去使用价值。本文就如何提高设备的利用率, 延长潜水泵的使用寿命, 进行了研究实践, 给出了一条技术途径。

关键词：潜水泵,扬程,利用率,改造