永煤公司車集煤礦中央泵房排水系統節能技術改造

苗宇

摘 要：車集煤礦水泵運行工況沒有使水泵自身性能與管網條件等達到應有的配合要求，以致水泵效率較低。為了降低煤礦能耗成本，需要對水泵重新進行技改設計。本節能技改方案介紹了通過提升水泵自身性能，整改系統存在不利因素，并按照系統最佳運行工況參數，定制高效節能水泵，提升水泵運行效率，減少無效耗能，達到節能減排的目的。

關鍵詞：水泵 運行工況 效率 節能

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 現場運行概況

車集礦中央泵房排水系統正常情況下為2用4備（輪換開機），上午12：00-下午18：00開機一臺，晚00：00-早8：00開機2臺。在雨季或降水量增大時會增加水泵開機臺數，制作方案時，按照兩臺泵同開時間平均10小時/天計算，壓力參考管路上及在線監測數據。

通過對車集礦中央泵房排水系統進行現場測試與數據采集、調查測試分析，確認：其水質偏堿性，對流過部件腐蝕較嚴重，平均每1年更換一次設備；水泵偏離設計工況點運行，效率較低。（具體相關參數見表1）

2 現有水泵行業產品運行情況分析

目前在工業現用水泵中有以下幾點。

設計效率：國產水泵75%～82%，進口水泵78%～85%。

運行效率：國產水泵65%～70%，進口水泵72%～80%。

以及現場設備維護不及時等現象普遍，造成水泵實際運行效率較低。

3 技改實施方案

3.1 主要使用高效葉輪替換原水泵葉輪，原水泵的基礎等不做變動

3.2 三元流高效葉輪

三元流技術，實質上就是通過使用先進的泵設計軟件《射流一尾跡三元流動理論計算方法》，結合生產現場實際的運行工況，重新進行泵內水力部件（主要是葉輪）的優化設計。具體步驟是：根據用戶的實際情況，先對“在用”離心泵的流量、壓力、電機耗功等進行測試，并提出常年運行的工藝參數要求，作為泵的設計參數；再使用泵設計軟件設計出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動管路電路、泵體等條件下實現節能或擴大生產能力的目標。

“射流一尾跡”三元流動。

目前應用的“射流-尾跡三元流動”理論，把葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內的各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流動的數學模型。通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設計計算中得以體現。因此，設計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高，以下簡單介紹一下計算方法：葉輪機械內的完全三元流動，應用吳仲華教授創立的S1、S2，兩流面理論可以用不同方法求解，一種是流函數方法，這一方法在數學上嚴謹，但物理上不太直觀。另一種是直接計算流體流動速度的流面（或流線）迭代法，這一方法物理上比較直觀，反映問題更接近實際，因此用此方法設計泵葉輪。泵葉輪內部由兩個葉片、前后蓋板組成一個完整的空間流場，觀察者與葉輪同步旋轉看到的是與時間無關的定常相對流動，要求計算空間流場中任何一點的相對速度的大小及方向，從而建立葉輪數學模型。在葉輪出口附近，還能計算出“尾跡”-脫離葉片表面的漩渦區的大小。在改造中，葉輪前后蓋板是設計給定的，對于中間流道內的眾多S1流面而言，先假定形狀，逐步迭代修正至計算收斂，從而得出最接近實際的準確設計，得到在具體使用情況下，最合理的葉輪葉片曲線，滿足對效率提升的要求。

根據水力分析，得出實際管網特性，與技改后的管網特性的對比。

泵的實際運行效率較低，泵內容積損失和渦流損失較大，泵的效率有提升的空間。根據水力分析，得出實際效率，與經過技改后的效率的對比。

運行的循環水泵處于高功耗狀態下運行，改造后電機運行電流會大大降低，水系統會有更好的流量調節度。

3.3 高效穩流裝置

傳統的離心水泵工作時因水泵的葉輪高速旋轉時在葉輪的吸水口處會形成渦流，由于渦流的產生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整體效率。高效穩流裝置是由空腔導管、隔水板、預旋調節板等構成，在空腔導管中設置有隔水板，預旋調節板設置在隔水板的前端，其二側向內的傾斜角與專用水泵葉輪的吸水口處向內的傾斜角向對應。當流體經過預旋構件后，水泵的入水由傳統的單通道進入葉輪的吸水口而變成旋轉進入且旋轉的角度與葉輪轉動方向一致，克服了水泵葉輪吸水口處的渦流現象，提高進水口的能效；同時可以改變泵本身的特性來完成運行工況點的調節，能夠有效地擴展其高效運行區，改善離心泵在非設計工況點的水力性能。

4 節能技改方案結語

通過對我礦排水系統現場數據采集、節能診斷分析，運用 “三元流高效葉輪”等專利技術，平均節電率在10%以上，每年節約電費約52.9萬元。

（1）水泵節能效益分析。

通過技改，對比技改前后實際運行電量，平均節電率在10%以上，根據最保守的計算模型，計算節電效益如表2所示。

（2）效益分析總結。

經技改后，該系統每年可節約以下幾點。

①88萬kWh電量。

②按照現有電價計算，直接經濟效益為52萬元。

③間接經濟效益計算方式如下。

按每萬度電折合3.5噸標煤計算，該項目產生的節能環保效益。

④每年可節省標煤約：309t。

⑤減少粉塵約：240t。

⑥減少二氧化碳排放量約：880t。

參考文獻

[1] 楊立新，劉遠.三元流技術在供水水泵節能改造中的效果分析[J].科技傳播，2012（14）.

[2] 邢少偉，吳明，李龍.射流—尾跡三元流技術在水泵節能改造中的應用[J].中國設備工程，2013（10）.endprint

摘 要：車集煤礦水泵運行工況沒有使水泵自身性能與管網條件等達到應有的配合要求，以致水泵效率較低。為了降低煤礦能耗成本，需要對水泵重新進行技改設計。本節能技改方案介紹了通過提升水泵自身性能，整改系統存在不利因素，并按照系統最佳運行工況參數，定制高效節能水泵，提升水泵運行效率，減少無效耗能，達到節能減排的目的。

關鍵詞：水泵 運行工況 效率 節能

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 現場運行概況

車集礦中央泵房排水系統正常情況下為2用4備（輪換開機），上午12：00-下午18：00開機一臺，晚00：00-早8：00開機2臺。在雨季或降水量增大時會增加水泵開機臺數，制作方案時，按照兩臺泵同開時間平均10小時/天計算，壓力參考管路上及在線監測數據。

通過對車集礦中央泵房排水系統進行現場測試與數據采集、調查測試分析，確認：其水質偏堿性，對流過部件腐蝕較嚴重，平均每1年更換一次設備；水泵偏離設計工況點運行，效率較低。（具體相關參數見表1）

2 現有水泵行業產品運行情況分析

目前在工業現用水泵中有以下幾點。

設計效率：國產水泵75%～82%，進口水泵78%～85%。

運行效率：國產水泵65%～70%，進口水泵72%～80%。

以及現場設備維護不及時等現象普遍，造成水泵實際運行效率較低。

3 技改實施方案

3.1 主要使用高效葉輪替換原水泵葉輪，原水泵的基礎等不做變動

3.2 三元流高效葉輪

三元流技術，實質上就是通過使用先進的泵設計軟件《射流一尾跡三元流動理論計算方法》，結合生產現場實際的運行工況，重新進行泵內水力部件（主要是葉輪）的優化設計。具體步驟是：根據用戶的實際情況，先對“在用”離心泵的流量、壓力、電機耗功等進行測試，并提出常年運行的工藝參數要求，作為泵的設計參數；再使用泵設計軟件設計出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動管路電路、泵體等條件下實現節能或擴大生產能力的目標。

“射流一尾跡”三元流動。

目前應用的“射流-尾跡三元流動”理論，把葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內的各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流動的數學模型。通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設計計算中得以體現。因此，設計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高，以下簡單介紹一下計算方法：葉輪機械內的完全三元流動，應用吳仲華教授創立的S1、S2，兩流面理論可以用不同方法求解，一種是流函數方法，這一方法在數學上嚴謹，但物理上不太直觀。另一種是直接計算流體流動速度的流面（或流線）迭代法，這一方法物理上比較直觀，反映問題更接近實際，因此用此方法設計泵葉輪。泵葉輪內部由兩個葉片、前后蓋板組成一個完整的空間流場，觀察者與葉輪同步旋轉看到的是與時間無關的定常相對流動，要求計算空間流場中任何一點的相對速度的大小及方向，從而建立葉輪數學模型。在葉輪出口附近，還能計算出“尾跡”-脫離葉片表面的漩渦區的大小。在改造中，葉輪前后蓋板是設計給定的，對于中間流道內的眾多S1流面而言，先假定形狀，逐步迭代修正至計算收斂，從而得出最接近實際的準確設計，得到在具體使用情況下，最合理的葉輪葉片曲線，滿足對效率提升的要求。

根據水力分析，得出實際管網特性，與技改后的管網特性的對比。

泵的實際運行效率較低，泵內容積損失和渦流損失較大，泵的效率有提升的空間。根據水力分析，得出實際效率，與經過技改后的效率的對比。

運行的循環水泵處于高功耗狀態下運行，改造后電機運行電流會大大降低，水系統會有更好的流量調節度。

3.3 高效穩流裝置

傳統的離心水泵工作時因水泵的葉輪高速旋轉時在葉輪的吸水口處會形成渦流，由于渦流的產生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整體效率。高效穩流裝置是由空腔導管、隔水板、預旋調節板等構成，在空腔導管中設置有隔水板，預旋調節板設置在隔水板的前端，其二側向內的傾斜角與專用水泵葉輪的吸水口處向內的傾斜角向對應。當流體經過預旋構件后，水泵的入水由傳統的單通道進入葉輪的吸水口而變成旋轉進入且旋轉的角度與葉輪轉動方向一致，克服了水泵葉輪吸水口處的渦流現象，提高進水口的能效；同時可以改變泵本身的特性來完成運行工況點的調節，能夠有效地擴展其高效運行區，改善離心泵在非設計工況點的水力性能。

4 節能技改方案結語

通過對我礦排水系統現場數據采集、節能診斷分析，運用 “三元流高效葉輪”等專利技術，平均節電率在10%以上，每年節約電費約52.9萬元。

（1）水泵節能效益分析。

通過技改，對比技改前后實際運行電量，平均節電率在10%以上，根據最保守的計算模型，計算節電效益如表2所示。

（2）效益分析總結。

經技改后，該系統每年可節約以下幾點。

①88萬kWh電量。

②按照現有電價計算，直接經濟效益為52萬元。

③間接經濟效益計算方式如下。

按每萬度電折合3.5噸標煤計算，該項目產生的節能環保效益。

④每年可節省標煤約：309t。

⑤減少粉塵約：240t。

⑥減少二氧化碳排放量約：880t。

參考文獻

[1] 楊立新，劉遠.三元流技術在供水水泵節能改造中的效果分析[J].科技傳播，2012（14）.

[2] 邢少偉，吳明，李龍.射流—尾跡三元流技術在水泵節能改造中的應用[J].中國設備工程，2013（10）.endprint

摘 要：車集煤礦水泵運行工況沒有使水泵自身性能與管網條件等達到應有的配合要求，以致水泵效率較低。為了降低煤礦能耗成本，需要對水泵重新進行技改設計。本節能技改方案介紹了通過提升水泵自身性能，整改系統存在不利因素，并按照系統最佳運行工況參數，定制高效節能水泵，提升水泵運行效率，減少無效耗能，達到節能減排的目的。

關鍵詞：水泵 運行工況 效率 節能

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0071-01

1 現場運行概況

車集礦中央泵房排水系統正常情況下為2用4備（輪換開機），上午12：00-下午18：00開機一臺，晚00：00-早8：00開機2臺。在雨季或降水量增大時會增加水泵開機臺數，制作方案時，按照兩臺泵同開時間平均10小時/天計算，壓力參考管路上及在線監測數據。

通過對車集礦中央泵房排水系統進行現場測試與數據采集、調查測試分析，確認：其水質偏堿性，對流過部件腐蝕較嚴重，平均每1年更換一次設備；水泵偏離設計工況點運行，效率較低。（具體相關參數見表1）

2 現有水泵行業產品運行情況分析

目前在工業現用水泵中有以下幾點。

設計效率：國產水泵75%～82%，進口水泵78%～85%。

運行效率：國產水泵65%～70%，進口水泵72%～80%。

以及現場設備維護不及時等現象普遍，造成水泵實際運行效率較低。

3 技改實施方案

3.1 主要使用高效葉輪替換原水泵葉輪，原水泵的基礎等不做變動

3.2 三元流高效葉輪

三元流技術，實質上就是通過使用先進的泵設計軟件《射流一尾跡三元流動理論計算方法》，結合生產現場實際的運行工況，重新進行泵內水力部件（主要是葉輪）的優化設計。具體步驟是：根據用戶的實際情況，先對“在用”離心泵的流量、壓力、電機耗功等進行測試，并提出常年運行的工藝參數要求，作為泵的設計參數；再使用泵設計軟件設計出新葉輪，保證可以和原型互換，在不動管路電路、泵體等條件下實現節能或擴大生產能力的目標。

“射流一尾跡”三元流動。

目前應用的“射流-尾跡三元流動”理論，把葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內的各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流動的數學模型。通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設計計算中得以體現。因此，設計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高，以下簡單介紹一下計算方法：葉輪機械內的完全三元流動，應用吳仲華教授創立的S1、S2，兩流面理論可以用不同方法求解，一種是流函數方法，這一方法在數學上嚴謹，但物理上不太直觀。另一種是直接計算流體流動速度的流面（或流線）迭代法，這一方法物理上比較直觀，反映問題更接近實際，因此用此方法設計泵葉輪。泵葉輪內部由兩個葉片、前后蓋板組成一個完整的空間流場，觀察者與葉輪同步旋轉看到的是與時間無關的定常相對流動，要求計算空間流場中任何一點的相對速度的大小及方向，從而建立葉輪數學模型。在葉輪出口附近，還能計算出“尾跡”-脫離葉片表面的漩渦區的大小。在改造中，葉輪前后蓋板是設計給定的，對于中間流道內的眾多S1流面而言，先假定形狀，逐步迭代修正至計算收斂，從而得出最接近實際的準確設計，得到在具體使用情況下，最合理的葉輪葉片曲線，滿足對效率提升的要求。

根據水力分析，得出實際管網特性，與技改后的管網特性的對比。

泵的實際運行效率較低，泵內容積損失和渦流損失較大，泵的效率有提升的空間。根據水力分析，得出實際效率，與經過技改后的效率的對比。

運行的循環水泵處于高功耗狀態下運行，改造后電機運行電流會大大降低，水系統會有更好的流量調節度。

3.3 高效穩流裝置

傳統的離心水泵工作時因水泵的葉輪高速旋轉時在葉輪的吸水口處會形成渦流，由于渦流的產生而消耗了水泵的部分能效，降低了水泵的整體效率。高效穩流裝置是由空腔導管、隔水板、預旋調節板等構成，在空腔導管中設置有隔水板，預旋調節板設置在隔水板的前端，其二側向內的傾斜角與專用水泵葉輪的吸水口處向內的傾斜角向對應。當流體經過預旋構件后，水泵的入水由傳統的單通道進入葉輪的吸水口而變成旋轉進入且旋轉的角度與葉輪轉動方向一致，克服了水泵葉輪吸水口處的渦流現象，提高進水口的能效；同時可以改變泵本身的特性來完成運行工況點的調節，能夠有效地擴展其高效運行區，改善離心泵在非設計工況點的水力性能。

4 節能技改方案結語

通過對我礦排水系統現場數據采集、節能診斷分析，運用 “三元流高效葉輪”等專利技術，平均節電率在10%以上，每年節約電費約52.9萬元。

（1）水泵節能效益分析。

通過技改，對比技改前后實際運行電量，平均節電率在10%以上，根據最保守的計算模型，計算節電效益如表2所示。

（2）效益分析總結。

經技改后，該系統每年可節約以下幾點。

①88萬kWh電量。

②按照現有電價計算，直接經濟效益為52萬元。

③間接經濟效益計算方式如下。

按每萬度電折合3.5噸標煤計算，該項目產生的節能環保效益。

④每年可節省標煤約：309t。

⑤減少粉塵約：240t。

⑥減少二氧化碳排放量約：880t。

參考文獻

[1] 楊立新，劉遠.三元流技術在供水水泵節能改造中的效果分析[J].科技傳播，2012（14）.

[2] 邢少偉，吳明，李龍.射流—尾跡三元流技術在水泵節能改造中的應用[J].中國設備工程，2013（10）.endprint