浅谈机泵改造

浅谈机泵改造

张徐

(上海城投原水有限公司上海市200949)

摘要：由于离心泵泵实际运行工况与设计运行工况不符，离心泵长期运行于低效区。叶轮和泵壳产生了明显的气蚀现象，且无法修复，离心泵震动严重超标且运行状况有恶化趋势。另变频器设备老化严重，且已淘汰，该型号的部件早已停产多年，由于设备老化，变频器故障率较高，原先采购的备件逐渐消耗殆尽。经检测，变频器的谐波毛刺现象严重超标，从而影响到了两台ABB变频电机，造成设备目前只能运行在中低速维持，避免进一步恶化，为保障供水安全，故对设备进行改造。

关键词：离心泵变频器改造运行方式

一、目前现状

泰和泵站向凌闸支线供水的离心泵为1#、2#、3#、4#泵，其中1#泵为32SA-10J型泵，2#、3#、4#泵为XY44-20A型泵(D2=Φ840)，均为调速泵，此次只改2#、4#泵。泰和泵站两台XY44-20机泵（泰2#、泰4#）自1996年投产至今已运行18年，配套ABB的1600KW电机以及ABB的变频器。目前两台离心泵的实际运行工况与设计运行工况不符，设计运行扬程45米，而实际运行扬程为17米左右，因此，离心泵长期运行于低效区，从而造成两台机泵在运行期间气蚀现象明显，离心泵振动较大，离心泵转速在中高速时，离心泵轴向和径向振动都严重超标，电机异声较大，并且离心泵运行状况有恶化趋势。

两台离心泵在上一年度的机泵大检修中发现，离心泵不锈钢叶轮气蚀严重，封水圈、轴套等部件也磨损严重，尤其是离心泵泵壳出现了明显的气蚀现象，且无法修复。此外，投产初期为配合水量供应，两台离心泵的叶轮都已切削，叶轮的动平衡难以保证，且无法修复。同时，随着运行年限的上升，离心泵的两个滑动轴承支座的同心度偏差加大，这也是造成离心泵运行时振动超标的主要原因。

两台ABB变频器设备老化严重，且已淘汰，该型号的部件早已停产多年，替代产品的大小尺寸也与现有尺寸不符，故难以使用。同时，由于设备老化，变频器故障率较高，原先采购的备件逐渐消耗殆尽。经检测，变频器的谐波毛刺现象严重超标，从而影响到了两台ABB变频电机，电机虽经多次出厂大修，但由变频器谐波引起的损害，使得电机老化严重，目前只能运行在中低速维持，避免电机振动和异声进一步恶化。如果是单一的改造，会造成设备没能长期运行在理想化的最佳性能曲线上，造成机泵运行效率偏低，从而导致实际运行能耗高于理论设计值。所以，机械和电气一起进行改造，这样才能更有效地提高运行效率，使机泵的日常运行工况维持在最佳的特性区域内，从而达到最佳的经济性。

二、改造设想：

根据现有工况，计划对两台离心泵、电机、变频器进行报废，重新设计安装两台离心泵电机，考虑到泰和泵站即将作为凌闸支线的应急泵站，故机泵控制系统暂时采用全速运行模式。

详细设计参数如下：

离心泵型号：44SAP-28扬程20米，流量15000m³/h，效率85%；电机型号：STM560-12S功率1120KW，转速492r/min；电机软启动柜型号：MVRMX18-1800；变频型号：PowerFlex6000

本次改造泰2#、泰4#离心泵为全速机泵，能有效应对青草沙原水系统故障时，把长江原水供应到闸北、凌桥水厂，确保应急情况下的水量供应。同时，离心泵最大扬程为23米，流量为12000m³/h，若将来考虑青草沙原水向泰和、月浦水厂应急供水的话，也能初步满足需求。

三、新泵设计参数及性能结构

泵的设计参数定为：

Q=15000m3/h=4.17m3/s

H=20m

n=495rpm(ns=3.65×495×=275.9=276)

Pa≈=997KW

配套功率取Pe=1120KW。=1.1倍

结构设计时，需考虑与原泵的安装尺寸一致，即要求：①泵中心高为1680mm；②地脚螺栓孔的孔数、尺寸距离、螺栓大小等与原泵一致；③进出口接管的大小和长度尽量变化小。

新泵的安装尺寸除吐出口径由Dg900变为Dg1000之外，其余尺寸与原泵一致。

但电机的安装尺寸要作较大改变。因为原泵电机为1600KW、742rpm、560机座号；改造后电机为1120KW、495rpm、710机座号。所以电机的安装基础要作较大改变。具体改造尺寸为：①泵地脚螺栓至电机地脚螺栓间距1898改为1998；②电机轴心至基础距离560改为710；③电机地脚螺栓间距1600、1250改为1800、1400。

四、更新改造内容以及相关要求：

整体拆除原机泵；原电机基础改造；水泵基础不动；水泵出水口改造；原巡检平台改造；安装新机泵（电机、水泵以及水泵进出水短管）；泰2安装软启动柜（泰4采用直接启动）；原电缆耐压试验；电机排风机选型及排风管改造；相关辅助管道、管道连接件、球阀、压力表及抽真空排气阀更新；电机水泵联轴器对中校正（详见安装记录）。

1.整体拆除原机泵，包括水泵、电机、变频控制器、逆变变压器以及水泵进出水异径短管等，拆除后设备放置于业主指定位置；

2.原电机基础改造（根据电机外形结构图，拆除现有平台，按照新电机底脚螺栓制作新电机基础并进行二次灌浆并校正水平，水平数据须记录并存档）；

3.原巡检平台改造，加宽电机巡检平台，以满足日常巡检及检修需要；

4.安装新机泵（水泵、电机、水泵进出水异径短管，包含密封垫及法兰连接面紧固件更新）；

5.泰2#机泵安装软启动柜（泰2#机泵控制系统采用软启动，把输水车间封存的原26#软启动柜搬迁至现泰2#变频柜安装位置，接线并进行安装调试，包括与机旁控制柜的联动调试）。泰4#机泵采用变频启动，（高压电缆直接介入就地操作柜，包括与机旁控制柜的联动调试，高压控制柜定时限、速断电流保护改反时限电流保护）。两台机泵继保整定，PLC开泵接线调试；

6.原6KV电缆改造：电机敷设YJY3*50电缆30米；电缆耐压试验（采用交流耐压试验，电压等级为2万伏；若电试不合格，则更换该段电缆）；电缆走向：利用变压器拆除后两端的电缆进行短接，制作中间电缆头；

7.电机排风机及配套排风管道改造（电机需选配静音轴流风机，风量应不小于2m³/s）；

8.相关辅助管道、管道连接件、球阀、压力表、抽真空排气阀更新；

9.电机水泵联轴器对中校正（详见安装记录）。

10.调试

五、施工时间

项目施工总周期预计为7个月，其中水泵订货周期为4个月，电机订货周期6个月，设备安装调试（含电机运至水泵厂整体调试）1个月。

六、运行方式

1.冬季模式：运行一台机泵∑Q=6000～9000m³/h；

2.夏季模式：运行二台机泵∑Q=15000～16000m³/h；

3.应急模式：运行二台机泵∑Q=30000m³/h

（加一台32SA-10J或加一台湘英44-20A）。

七、扬程范围

1.冬季模式：进口扬程H=0.095～0.105MPa、

出口扬程H=0.225～0.230MPa；

2.夏季模式：进口扬程H=0.090～0.100MPa、

出口扬程H=0.160～0.170MPa；

3.应急模式：进口扬程H=0.059～0.065MPa、

出口扬程H=0.255～0.265MPa。

说明：

1.冬季模式我们运行一台泵同时向吴淞支线和凌闸支线供水，由于吴淞支线出口扬程远大于凌闸支线出口扬程，因此在凌闸支线上安装了DN900的调流阀，通过该调流阀的调节来同时满足吴淞支线与凌闸支线的水量，

2.应急模式是指长江系统向青草沙系统应急而考虑，所以该模式运行的可能性很小，而且一旦运行的话，时间不会超过72小时。

七、结语

通过这次机泵的改造，使设备长期运行在理想化的最佳性能曲线上，且更有效地提高运行效率，使离心泵的日常运行工况维持在最佳的特性区域内，从而达到最佳的经济性，为安全供水提高更好的安全保障。并满足夏季模式下机泵的运行效率最高，同时兼顾冬季模式。

参考文献：

[1]杜扬，流体力学，中国石化出版，2008

[2]铁占续，刘志超，流体机械原理设计及应用，中国电力出版社，2009

[3]唐祥胜，泵站设计与施工，中国水利水电出版社，2010

[4]单文培，王兵，单欣安，泵站机电设备的安装运行与检修，中国水利水电出版社，2008

[5]姜乃昌，泵与泵站（第三版），中国建筑工业出版社，2007