浙江省丽水市供排水公司水阁水厂于2008年建成投入使用,一期设计供水能力10万m³/d,出厂水由泵站加压供水,设计最高出厂水压力为0.48 MPa。送水泵房采用4台SLOW型高压双吸水泵机组,其中1#泵(工频)设计供水能力3万m³/d,2#泵(工频)、3#泵(工频)、4#泵(变频)设计供水能力均为5.8万m³/d。为满足浙江省全面建设城市供水现代化水厂的相关要求,自2012年开始,水阁水厂对水泵运行安全可靠性和能耗方面进行了自检,在全面分析水泵运行存在问题的基础上,提出了相关优化改造措施,满足了现代化水厂的标准要求。本文对水阁水厂送水泵机组的相关自检和优化改造工作进行介绍,以期为其他水厂提供参考。

　　 水厂设计供水能力为10万m³/d,但实际需水量远低于设计供水量,实际需水量在2012年为3.0万m³/d,2013年为3.7万m³/d,2014年为3.3万m³/d,且时段性供水量不均衡,实际夜间流量为500~700m³/h,导致单开1#泵无法满足现有的供水需求,而只能改用4#变频泵,但高压变频水泵长期处于60%~65%额定负荷状态下,年平均配水电耗为430kW·h/(km³·MPa),满足不了配水电耗应控制在380~400kW·h/(km³·MPa)的要求。

　　 水泵机组长期运行在低流量工况下,导致蜗壳内部叶轮气蚀现象不可避免地产生,夜间22:00至凌晨5:00供水量更小,水泵运行时严重偏离水泵额定工况,导致水泵内部的气蚀现象加剧,加速了水泵机组的振动。振动又导致水泵和电机动态运行不平衡,机组的轴线不对称,振幅超过允许值等,加速了水泵轴承、密封部件等部位的磨损。机械的磨损引发了电机内磁力的不平衡和其他电气系统的失调,造成水泵机组周期性的振动并产生额外的噪声。

　　 在检查中发现4台水泵的叶轮都出现了不同程度的磨损性故障,其中4#水泵叶轮的故障较为突出,出现了较多裂纹及孔眼。

　　 水泵机组的同轴度是指水泵轴和电机轴的装配偏差,而联轴器是电机和水泵传动的联接部件,机泵的配合偏差也就是联轴器的配合偏差。联轴器的配合偏差过大会造成水泵机组的振动增大,是影响轴承、联轴器损坏的主要原因。因此,为了减少水泵机组的振动和噪音就必须减少联轴器的配合偏差,把偏差调整到允许的范围内,才能有效地保证机组的机械寿命。

　　 按照现代化水厂的标准对水泵同轴度开展了测量和校正。其中表1为水阁水厂4#泵机组同轴度测量和校正的记录示意。优化前后各泵组实测24h平均振动、噪音和配水电耗如表2所示。

　　 由表2可知,经过对各泵组同轴度优化调整后,同轴度振动问题得到了有效解决,同轴度调整后的配水电耗有所降低,下降至410kW·h/(km³·MPa),但依然没有达到现代化水厂标准要求。

　　 由于实际需水量远小于设计供水量,导致实际运行的4#变频泵处于60%~65% 额定负荷状态,虽然理论上变频器的调节频率为0~50 Hz,但在变频调速过程中,需要综合考虑水泵机组的安全经济运行情况。 一般而言,变频调速不宜低于额定转速的50%,最佳调速区间为75% ~95%。实际供水量和水泵无法达到高效匹配,理论上可采用更换送水泵或者更换叶轮尺寸改造,以便使水泵运行在高效区,解决配水电耗过高的问题。经综合考虑,为了尽量减少改造费用,采取切削叶轮的方式改变水泵运行工况点,以使水泵运行在高效区。

　　 切削前,4# 变频泵叶轮型直径为520 mm,根据2013年的实际供水情况,对叶轮进行切削,切削后直径为468 mm。在叶轮切削时,逐步切削叶轮末端,保留盖板,切削量为10%(具体计算略);切削后对出口端,采用锉削叶片工作面和背面的办法,使其出口部分在足够长的范围内恢复以前的形状,以改善水力性能;对叶轮重做静平衡试验,消除不平衡量后装机运行。

　　 水泵叶轮更换后,水泵配水电耗下降至391kW·h/(km³·MPa),达到了现代化水厂标准要求。

　　 假设年供水1 500万m³,送水泵房年平均出厂压力0.48 MPa,调整前配水电耗435kW·h/(km³·MPa),调整后为391kW·h/(km³·MPa)考虑,则全年节约电费=316 800kW·h×0.880 6元/(kW·h)=27.9万元。

　　 调整前后的维修费用对比见表3。

　　 则每年节约维修费用=调整前维修成本-调整后维修成本= (8 000/4+6 000/2+7 000/2+1 000/1)-(8 000/6+6 000/4+7 000/4+500/1)=17 668(元)。

　　 自水阁水厂采取同轴度校正和叶轮切削的综合措施后,水泵机组运行状态良好,未出现设备故障,有效解决了水泵机组存在的振动、噪音和配水电耗高的问题,提高了供水保障率。目前许多水厂尤其中小水厂普遍存在由于水泵设计选型偏大加上安装质量差的原因致使水泵运转振动、噪音和配水电耗过高的问题,水阁水厂采取的同轴度校正和叶轮切削的综合措施值得在类似水厂中推广。