师建涛
中国电建集团郑州泵业有限公司 河南郑州 450004
摘要：锅炉给水泵在运行过程中所产生的能源损耗在生产总体能源损耗当中的占比非常大。在传统的生产过程中，汽动给水泵需要通过电机驱动的方式来运行，通过汽轮机驱动发电机来进行发电，产生的电能再经由电动机的转化变成机械能，最终使汽动给水泵处于稳定的运行状态，这样一来在多次的能源转化过程中就会产生非常大的浪费。基于此，本文对给水泵节能改造优化进行研究，以供参考。
关键词：汽动给水泵；节能改造；实践措施
引言
在当前的时代下，为了积极适应我国供水系统的发展趋势，应当不断优化水泵设备的节能设计，降低水泵的运行能耗，发挥设备的应用优势。水泵设计人员充分了解水泵设备最先进的节能技术，要根据供水系统的实际特点，选择最佳的水泵改造方案。
1给水泵运行原理
汽动给水泵是一种通过独立性小汽轮机独立驱动的给水泵。该汽轮机需要在抽气管道当中抽取蒸汽，之后利用小汽轮机的带动作用完成水泵的进水工作。其中汽动给水泵当中的调节泵需要通过小汽轮机当中的调速器来控制整体的进气量。从小汽轮机的种类来看，可以使用凝气式和背压式，小汽轮机的正常运行需要配套的汽、水管道系统进行支撑，同时还要配备相应的调速系统和备用汽源等等，现阶段普遍使用的汽动给水泵使用的是不同轴的串联方式，从而提升汽动给水泵运行的稳定性。
2新型高效水泵技术
在我国早起建设的供水系统中，由于设备老旧，系统设计不合理，因此供水系统的能耗较高，在运行的过程中经常出现各类的故障问题，维修费用高昂。针对这些问题，进行供水系统中水泵的优化节能设计有着重要的现实意义。新型高效水泵通常以叶轮机械三元流动原理作为设计基础。在进行水泵的设计过程中，充分考虑到水体的流动性和水泵的转速，综合各方面因素来优化水泵的三元空间坐标，使得水泵能够在系统中进行无线分割，有效地提升了水泵的机械性能。在设计的时候，可以建立相应的流动状态模型，对水泵中的叶轮进行仿真模拟。新型高效节能水泵不仅能够满足供水系统的正常运转，同时能够帮助技术人员对供水系统进行及时的维修处理，能够在发生故障后的第一时间找到故障的位置，从而提高抢修效率，有着非常显著的应用优势。
3影响水泵工作效率的因素
在水泵的工作过程中，效率不能达到预期效果主要是因为水泵运转时会将能量作用于水上，从而造成较大的能量消耗，这主要是因为机械损失、流量损失和水利损失三方面的影响，具体如下。
第一，机械损失，主要的内容包括水泵填料、轴承和泵轴之间的摩擦损失，填充泵时，由于泵的填料压力和松紧程度不同，造成零件之间相互碰撞的力度加大，从而增加机械零件的损坏程度，长期的机械运行，润滑油的消耗增快，耗尽轴承表面的润滑油，这使得轴承受到锈蚀，造成较大的损坏。或者在工作过程中使用了不符合标准的润滑油，也会加强轴承的腐蚀程度，引起严重的机械消耗。
第二，流量损失，主要是指水流经过水泵后，在口环间隙处、水泵填料的密封处以及叶轮平衡口处产生的水量损失，特别是在口环间隙部分，对流量损失的影响最为严重。
第三，水利损失，主要是指，水流在经过泵时过流部分所产生的一部分能量损失，以及叶轮前后和泵壳过水部分的水利摩擦阻力，受到漩涡和液压冲击产生的损失。在工程的实践操作中，水利损失收到的最主要影响是来自于水泵流量，由于内部壁道表面粗糙程度不同，水力受到的损失大小也不同，表面的粗糙度和水泵运行过程中发生的偏离程度，使得偏差越大，内部流道壁面越粗糙，损失也会随着加大。所以可以通过对过流内部壁面进行维护，尽量保持叶轮和泵壳内壁的光滑程度，避免内部出现锈蚀和生锈堵塞的状况，通过这种保持光滑的方法，做到让泵尽可能的在一定条件下工作，这样可以有效的减少水流摩擦力和冲击力，减少在工作中的涡流损失。
4给水泵节能改造优化实践措施
4.1泵盖设计的优化
为最大限度地提升内部结构空间，满足新增功能以及设备构件的相关要求，在先前的设备当中对增压级给水泵进行改装。在优化改装的过程中，现场技术人员需要解决许多问题，例如增压级叶轮安装、高压端密封以及出水位置调整等问题，给节能改造工作带来了非常大的难度。经过技术分析，本次优化改造无法在泵筒的位置设置增压级出口，在现有的技术条件下为实现减温水与主给水的分离，现场技术人员决定在大端盖位置处设置一个增压级出口，在设计改造的过程中要着重考虑在大端盖位置出增设减温水出口后所面临的强度问题。经过现场确认，增压级的出口流量为75t/h，技术人员根据增压级的出口压力和扬程，将开孔内径控制在准66，从而使其达到相关要求。在端盖出口管的焊接工作中，鉴于给水泵在运行过程中所产生的膨胀现象，以及减温水出口管膨胀所产生的作用，技术人员决定在大端盖的出口管位置设置产生200N以上的应力，同时为保证优化改造之后大端盖和增压级抽头管道的安全性，在安装工作开始之前需要进行必要的强度试验。
4.2节能控制策略的定型设计
由于手动排水系统无法对工作面的废水及时排除，且在实际动作时需频繁启动、停止水泵，会对工作面的电网造成冲击，进而降低工作面大型机电设备的使用寿命。因此，将PLC控制器引入排水系统中，实现对排水系统的自动化控制。此外，为了解决频繁启停水泵对电网造成冲击的问题，采用常开一台水泵的策略。具体基于PLC控制器所设计排水系统控制策略。
4.3合理进行水泵节能技术的选择
为了切实有效地发挥设备的应用优势，改变以往我国供水系统中水泵节能效果不理想的现状，设计单位应当充分考虑供水系统中的各方面因素，合理选择水泵的节能技术。首先，供水系统的技术人员应当在供水流量压力稳定的状态下，对水泵进行节能设计，如果水泵在运行使用的过程中，出现规律性的变化，技术人员应当采用变频技术对水泵进行改造。但是在工况稳定的情况下，选择该技术，尽管水泵的应用效率会有所提升，能够在一定程度上降低水泵的能耗，但是对水泵的改造成本过大，也会影响供水系统的实际效益。在供水系统工况稳定的条件下，并且供水系统的实际运行工况不超过设计工况的20%，供水系统的设计人员应当采用叶轮切削技术来对水泵进行改造。但是如果供水系统的实际工况超出了这个范围，依然对水泵进行叶轮切削改造的话，会额外增加供水系统的能源消耗，应用效果不理想。最近几年，新型高效水泵设计不断完善，在供水系统中发挥着越来越明显的应用优势。尽管我国的新型高效水泵技术有了巨大的发展，但是跟国外发达国家相比还存在一定的差距。因此，要继续发展新型高效水泵替换技术，才能真正优化当前的供水系统运行情况。
4.4软水循环泵组高效节能泵改造
软水循环泵组经叶轮切削改造稳定运行一段时间后，由于用户需求改变，其用水量从4300m3/h降至3200m3/h，回水管压0.61MPa，供水主管压力0.83MPa，泵组仍保持二用二备运行模式，通过调节变频泵频率及工频泵的出口调节阀开启度调整泵组运行工况，以满足用户需求，泵组总运行功率为512kW。变频泵出口调节阀全开能耗小，但工频泵在运行工况变化后，出口调节阀开启度调整为30%，出口压力1.14MPa，再次进入阀门节流调节的模式，且水泵经叶轮切削后效率降低，上述因素都造成电能的浪费。
4.5优化给水泵的驱动方式
现场技术人员经过综合性研讨之后，决定使用消化吸收凝汽式汽动给水泵汽轮机技术，研发出一种不需要排汽冷凝设备进行支撑的背压式汽动给水泵，汽轮机在运行过程中要保持稳定性，根据实际生产情况进行变速调节，调节的精确度符合相关标准，操作便捷。汽轮机通过模块化结构进行设计，保证其运行状态的稳定性。调节器方面，决定使用美国Woodward公司所研发生产的调节器，该调节器属于有差机械液压式调节器，内部设置了油泵和稳压系统，就可以摆脱外置有系统的限制，缓解了技术人员在设备调试方面的压力。此外，在调节器上还配置了电动转速调节装置，从而对机组的转速进行远距离的控制。技术人员将小汽轮机组的转速调节功能加入到DCS控制系统当中，进而实现了转速的自动化控制。
4.6本体节能的设计
对水泵采取本体节能的方式，从水泵本身入手。对水泵使用中使用的材料、工艺、技术等各方面因素进行分析，确定最合适的材料、工艺和技术种类，不断降低设备运行的能耗。水泵的运行，离不开必要的电动机。电动机在运行过程中耗费大量的能量，但是如果没有进行针对性的改进，能源的消耗并不能减少。首先，在设计的时候，采取电磁设计的方式，并严格控制各方面参数，确保设计能够符合要求。同时对冷却风路结构进行优化，选择用高导磁率、低损耗优质材料来制作零部件，从多方面进行控制，逐步提高设备的整体性能，降低能源的消耗。本体节能主要是从设计、设备等方面进行入手，从本质上改善设备的使用效果，扩大水泵的使用范围，从而推进给水泵站的节能优化。
4.7调速节能的设计
水泵的转速会直接关系到其性能曲线，对输送的效果、产生的能耗都有直接的联系。在一定转速范围内，可以控制能源的消耗量，但是超过一定的转速，消耗的能源会大大增加。如何确定最佳的转速，是保障水泵运行效率最高的，需要对此开展深入研究。调速节能主要是通过对设备进行转速的调节，不同的转速会对设备的能耗产生不同的影响。因而在调速方面，主要是采取变频调速和变极调速这两种方法。变频调速主要是根据水泵转矩与转速成正比的特点，通过降低流量来进行节能优化，减少对设备造成的损耗。水泵设备在变频处理之后，其自身的精度会有部分提高，而且相对来说运输效率也会得到较大提升。水泵设备在变频处理之后，只需要使用到小型的变频器，使成本会大大降低，为整个工程的发展节约资金。而且由于变频后的设备工作效率更高，因而被广泛应用于各类功率较低的电压电动机节能优化处理中。变极调速与变频调速的方法存在较大的不同，调速的对象是水泵电动机本身，利用改变电动机磁极对数的方式来调整设备转速，调整之后的设备不仅可以扩大水泵的工作范围，而且能够确保其长期处于高效的运行状态中，无形中提高了运行效率，而且大大降低了系统能耗，有利于推进给水泵站节能优化。
5提高我国水泵能源利用效率的建议
5.1提高节能意识
提高水泵制造单位对水泵节能工作的积极性,严禁生产淘汰的泵产品,积极生产高效水泵。将节能技术指标纳人水泵使用单位的考核体系，从根本上杜绝大马拉小车现象。完善水泵节能指标体系，全面提升水泵的节能效果。
5.2完善法律法规和标准
制定和完善水泵方面的相关法律法规,建立水泵上市标准，规范国内水泵产品市场,建立长效水泵节能机制,促进水泵及水泵系统的节能降耗。在产品出现多元化的趋势下,要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度,实现产品零部件的模块化和规模化生产，降低产品的生产成本和能源消耗。
5.3进行技术创新
发展和普及应用计算机技术,应用先进的铸造加工和装配工艺，如五轴联动数控加工技术等,提高了水泵的效率。泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合，缩短产晶的试制期。促进机电一体化发展.从配套的电动机控制技术等方面最大限度地提升机电一体化综合水平。加快发展新材料、新工艺的推广应用。
5.4加大科研开发投入
科研与生产缺乏有机的结合,克服科技投入和成果转化的障碍。加强国际交流积极开展国际交流,引进、消化和普及国外先进的水泵系统技术,提升我国的整体技术水平。
6结语
综上所述，给水泵节能优化改造虽然会在一定程度上提升工作人员的维护工作量，但是给水泵的整体能耗出现明显的下降。同时，在实际运行的过程中由于减温水量和给水流量之间实现了单独调节，所以，二者之间的相互影响可以忽略不计，对锅炉温度调节的灵敏程度也有着一定程度的提升，此外，通过汽轮机的改造全面提升了蒸汽的利用效率。
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