鉆井供水泵站節能型供水機組的改造及應用

王艷麗，張顥新，張 德

（川慶鉆探公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710018）

0 引言

長慶鉆井總公司鉆井現場主要供水方式和工作流程是選擇合適的水源點建立供水泵站。泵站的設施一般采用90 kW 發電機組帶20～50 kW 揚程抽水泵作為一級供水系統，將水源水抽到泵站蓄水罐內，然后用泵站的6135 柴油機帶動TBW850/50 泥漿泵將泵站蓄水罐內的水，通過長距離管線輸送到鉆井隊儲水罐供鉆井使用（圖1）。

圖1 鉆井供水泵站供水流程

供水泵站使用的6135 型柴油機輸出功率為99.3 kW，TBW600/60 泥漿泵的額定壓力為6 MPa。在供水過程中，泥漿泵實際運行壓力一般只有3～4 MPa，也就是柴油機功率只發揮了2/3 左右，還有部分節余功率。而一級供水使用的發電機功率為90 kW，僅帶1 臺7.5～30 kW 的離心泵或潛水泵，它的有效功率沒有充分發揮，功率浪費較大。

1 節能機組改造方案的提出及確定

根據上述現狀，如何充分發揮現有柴油機的功率，節約發電機功率是我們研究的課題。經過對現場設備使用情況進行認真分析和研究，提出了在柴油機輸出端設計加裝一套傳動裝置，驅動一臺30 kW 左右的小型發電機帶動抽水泵，代替90 kW 柴油發電機組的設想。柴油機與發電機之間采用三角帶傳動（圖2）。

圖2 皮帶轉動方案

1.1 發電機選配

根據現場使用需要，選擇型號為ST6-30 的三相交流同步發電機。其基本參數如下：額定功率30 kW，額定電流27 A，額定電壓380 V，頻率50 Hz，轉速1500 r/min，絕緣等級為B，可滿足帶動7～25 kW 的離心泵或潛水泵的需求。

1.2 皮帶輪的設計

柴油機轉速一般為n1=1100 r/min，皮帶輪直徑D1=210 m，發電機組轉速n2=1500 r/min，發電機皮帶輪直徑據公式計算：n1：n2＝D2：D1。即D2＝210×1100÷1500=154 mm。取小皮帶輪直徑為160 mm。

1.3 三角帶的選型

皮帶所受功率PC=KaP2=1.2×15＝18 kW，n2=1500 r/min，查表選皮帶型號為C 型。

1.4 確定皮帶長度

首先，計算出皮帶速度v＝π×D2×n2÷60 000＝3.14×210×1500÷60 000＝16.48 m/s≤25 m/s。傳動比ε＝n2：n1＝1500/1100=1.36≤7。

中心距A0：Amax=2×（D1+D2）=2×（160+210）=740 mm；Amin=0.7×（D1+D2）=0.7×（160+210）=259 mm。所以初定中心距A0＝（Amax+Amin）/2＝500 mm。

皮帶長L=2×A+π/2×［（D1+D2）+（D1-D2）］2/A=1649.35 mm。

取Li＝1600 mm，LP=1655 mm，則實際中心距A＝A0＋（LP－Li）/2=500＋（1655－1649）/2=560 mm。

因此，確定三角帶的規格為1600C 型。

1.5 校對帶輪包角

皮帶輪包角α＝180－［（210+160）/523×60］＝134°>120°，三角皮帶根數Z＝（18/5.46）×0.85＝2.79 根。取Z=3 根。

2 樣機試制及改進

2.1 樣機試制

（1）根據柴油機輸出功率和轉速，依據設計計算選配節能發電機、穩壓調節器。（2）根據柴油機輸出軸皮帶輪尺寸和小型發電機轉速，設計皮帶傳動系統。（3）進行發電機支架、傳動系統安全防護、穩壓過載保護裝置設計加工。（4）組裝調試，現場試運行。

2.2 存在問題及改進

樣機試制成功后，在長慶鉆井總公司鉆井隊供水泵站現場進行試驗，通過現場試運行，發現存在許多不足，改進措施如下：

傳動比設計不合理，轉速和電壓不足。柴油機轉速900～1100 r/min，節能發電機額定轉速1500 r/min，輸入轉速不足，電壓不穩，功率不足。改進措施是在提高柴油機轉速的基礎上，重新設計傳動比和小型發電機皮帶輪尺寸，重新選取皮帶。

穩壓過載保護系統中調壓范圍小，不能滿足不同工況負荷的使用要求。通過對穩壓電路系統改進，擴大了調壓范圍。

發電機皮帶輪軸向竄動嚴重，致使皮帶異常磨損。通過在軸端鉆中心孔，加裝定位擋板予以解決。

加裝傳動皮帶調節裝置，方便操作人員的使用操作。

大皮帶輪為實心輪，重量大，對軸的磨損嚴重。將皮帶輪制作成輪輻式，減輕重量，解決了這一問題。

在小皮帶輪上端和柴油機輸出軸聯軸器處加裝防護罩，提高了安全性能。

通過以上的改進，增加了發電機的調壓范圍，提高了發電機的負荷適應性、運行穩定性和安全防護性能，達到了預期的效果。

3 改造效果分析

（1）節省設備。改造后每個供水泵站可減去一臺90 kW 發電機組，并節省了泵站的占地面積。

（2）節約燃料。改造前每個泵站配1 臺90 kW 發電機組，每口井（2000 m 井深）耗油0.6 t，配1 臺90 kW 柴油機帶供水泵，每口井耗油0.75 t，共計每口井耗油1.35 t。改造后僅用1 臺99 kW柴油機同時帶供水泵和節能發電機，每口井消耗柴油0.9 t。改造后每口井總體可節約柴油0.45 t，每套機組年平均供水22 口，全年可節約柴油費用7 萬元左右。長慶鉆井總公司每年運行20 個泵站供水，全年可總體節約燃油費用140 萬元左右。

（3）節約運費。每個泵站節省1 臺90 kW 的發電機組，按年均搬遷6 次，每年每臺機組可節約運費8950 元左右。

（4）減輕工人勞動強度。取消了二級泵站大型發電機的搬運安裝等工作量，節省了人力、物力，也可縮短建供水泵站周期。

4 結束語

該套供水泵站節能機組的改造成本小，投資回報率高，動力機功率利用充分，可操作性強，節能效果明顯，經濟效益顯著，有可推廣和利用價值。