大连市水务集团水资源有限公司116021
摘要:英那河泵站1#恒速泵在运行中存在过流量问题,即水泵在运行时的流量超过额定流量,最多时超出30%以上,这是不允许的。因为过流量可导致机组振动加剧、噪声加大,长期下去就将使设备的金属结构产生金属疲劳;过流量时水泵也容易产生汽蚀,造成泵壳及叶轮损伤,缩短水泵的使用寿命;过流量也使水泵效率降低,导致供水单耗增加。这些情况对设备的安全运行是不利的.。下面提出几种降低或彻底消除1#恒速水泵过流量的办法,我们一起来探讨一下。
关键词:恒速泵;变频驱动;流量
一、适当车削水泵叶轮来降低恒速泵的流量
我们知道,水泵叶轮车削定律是:水泵叶轮车削后的直径D1、流量Q1、扬程H1、功率P1与水泵车削前的直径D、流量Q、扬程H、功率P之间的关系是Q/Q1=D/D1,H/H1=(D/D1)2,P/P1=(D/D1)3。即叶轮车削前后的流量之比等于直径之比、扬程之比等于直径之比的平方、功率之比等于直径之比的立方。用这些关系式可以作出水泵叶轮车削后的水泵特性曲线,这条曲线被称作是原特性曲线的相似特性曲线。相似特性曲线与管路特性曲线的交点就为新的水泵工作点。叶轮车削后,水泵运行时的输出流量相对减少了,降低了水泵的过流量程度,甚至可以完全解决水泵的过流量问题。作图定性分析一下更明了,见下图:
图中A点为叶轮车削前的水泵工作点,对应的流量为Q1;B点为叶轮车削后的水泵工作点,对应的水泵流量为Q2。可见Q2<Q1,即叶轮车削后水泵工作时的流量减小了。车削量是有限制的,允许进行车削的量与水泵的比转速有关,车削后应保持水泵仍工作在高效区。
这台水泵的比转速=106。式中:n为水泵的转速(r/min);q为水泵的流量,单位是m3/s;j为首级叶轮吸入口数,双吸泵为2(英那河泵站的水泵为水平中开双吸离心泵);h为水泵的扬程,单位是米;i为叶轮级数,在这里为1。根据水泵的车削规定,比转速为60<Ns<120的水泵,叶轮外径车削的最大允许量为叶轮直径的20%。这么大的车削量可以使恒速泵的工作流量基本满足要求,处于额定流量附近,运行中不会过流量了,或略过一点,这是允许的。这里所讲的最大允许量,是以水泵效率不因叶轮的车削而降低为前提的。这是一台泵供水走一根管线时的情况。因为英那河泵站供水有许多的特殊性在里面,即有许多的运行方式。所以,水泵叶轮车削问题,要慎重、要考虑这些特殊情况(各种运行方式),应使之相互兼顾,留有裕量。具体车削多少,需要详细计算,这里就不搞了。如果需要进行车削,我可以将详细的车削量计算过程写出来,咱们共同分析。
二、将恒速机改为变频器驱动(利用现有的变频器)可以解决水泵过流量问题
现在,从电机输出功率的角度来估算它带动水泵时的供水量。因为开一台机走一根管线供水时,在水库低水位(60米)时输入电机的功率大约为1391KW(额定流量供水),1391<2000,所以改动后的1#机在变频器的驱动下,可以按额定流量供水,而不管水库水位怎样变化都能满足要求。但在开两台机走一根管线供水时,在水库平均水位附近区域(65~70米)及以上,1#水泵可以维持额定流量(6875立方米/小时)供水。而在水库低水位时,1#泵的出水量会略低于额定流量,因为其输出的额定功率不足(低水位额定供水大约需要2100KW左右,按额定量供水则电机略过负荷)。
2.变频器1拖2(1-2)供水方案
1拖2,是指用一台变频器来带两台电机(其中一台为1#机),但这两台电机不同时工作,一台工作时另一台必须停止。泵站有四台变频器,可以从中选择一台来完成1拖2的任务。这种运行方式不改动变频器内部的驱动软件,即驱动程序不改变(变频器内部的输出电压、电流与功率之间的相对调节关系是不变的)。这样,变频器可为1#机提供的最大功率为1600KW左右(实测)。可见,不管水库水位怎样变化,开1#机走一根管线供水时,1#泵可按额定流量运行。当开两台机走一根管线供水时,1#机只能在水库水位处于高水位区域时按额定流量供水,因为此时变频器的运行数据为(实际的):电压3436V,电流327A,功率1593KW。而改动接线后的1#机的额定电流为339A,已接近327A。
可以选择2#机变频器来作为1#机组和2#机组的共用变频器。
变频调速为什么可以改变水泵的流量?因为水泵的比例定律是:对于同一台水泵,当它的转速改变后,流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,功率与转速的3次方成正比。所以改变转速就可以改变水泵的流量。下面画图定性说明一下,见下图
从图中可以看出,当水泵的转速降低时(由n1降低为n2),水泵特性曲线下移,水泵的工作点由A点变为B点,水泵的流量由Q1变为Q2,Q2<Q1,即流量变小。所以通过改变电机的工作频率就可以改变电机的转速,进而就改变了水泵的转速,也就改变了水泵的流量。
真正地实现1拖2还有许多工作要做。如:恒速机电气主接线的改动、电机保护问题、原变频机主接线的改动,等等。
3.单独拿出一台变频器来给1#机组专用
这种做法,可以充分利用变频器的输出功率,但需要修改变频器内部的驱动软件,使之当变频器的输出电压在4160V时,输出电流为339A,输出的有功功率为2000KW。这样,基本可以保证1#机组在各种运行方式下按额定流量供水。
剩下的四台机组就必须有两台机组为1拖2运行方式。此时的变频器内部控制软件不用做任何变动,维持原样。
这种做法,设备的改动量比较大,这是其缺点。
我在《供水节能有潜力》一文中讲到泵站机组运行效率偏低的问题,当效率提高上来以后,机组按额定流量供水所需的输入功率会降低一些。这样,改造后的1#机组适应范围会更广一些,能满足许多运行方式对水泵流量的要求。
作者简介:
姜政同,1984.11.16,男,汉族,辽宁省瓦房店市,电气工程师,电气控制。