離心泵葉輪車削節(jié)能效果在實踐中的應(yīng)用

王忠成

(大唐國際張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075000)

1 水泵葉輪車削理論的提出背景

張家口發(fā)電廠氫冷升壓泵和一期機(jī)組的凝升泵在基建時選型偏高，存在較大裕量，運行中通過閥門調(diào)節(jié)流量以適應(yīng)系統(tǒng)需求，增大了節(jié)流調(diào)節(jié)和廠用電量損失。

根據(jù)近幾年的運行數(shù)據(jù)，確定出氫冷升壓泵和凝升泵運行中所需的最大流量和壓力后，可通過車削水泵葉輪，滿足以最低耗電量達(dá)到最佳匹配的系統(tǒng)需求。

2 水泵葉輪車削理論

2.1 葉輪車削前后參數(shù)與葉輪直徑關(guān)系

葉輪車削后幾何形狀變化不大時，可認(rèn)為車削后出口角仍保持不變，流動狀態(tài)也相似，運用相似定律對車削前后的參數(shù)進(jìn)行計算。

對于低比轉(zhuǎn)速的離心泵 (ns為30～80)，葉輪車削后外徑稍有變化，其出口寬度變化不大，可忽略不計。若轉(zhuǎn)速保持不變，僅葉輪外徑由D變?yōu)镈'時，其流量、揚程和功率的關(guān)系如下。

對于中、高比轉(zhuǎn)速的離心泵 (ns為80～350)，葉輪車削后出口寬度變大，與直徑變化成反比，其流量、揚程和功率的關(guān)系如下［1］。

2.2 水泵葉輪車削量與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系

葉輪車削前后的流量和揚程比比值不變，泵的H－qv性能曲線向下平移。圖1中曲線Ⅰ和Ⅱ分別為水泵葉輪車削前后的性能曲線。Ⅰ中AB為車削前降低效率Δη后的工作段;Ⅱ中CD為車削后降低效率Δη后的工作段;ABCD圍成的四邊形稱為車削允許擴(kuò)大的工作范圍，在此范圍內(nèi)任一點工作，其效率下降為5%～10%。改變?nèi)~輪外徑可改變泵性能，但不可超出其性能范圍?？芍~輪外徑的最大允許車削量與比轉(zhuǎn)速有關(guān) (見表1)。

圖1 水泵葉輪車削前、后的性能曲線

表1 最大車削量與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系［2］

2.3 葉輪車削量與效率的關(guān)系

離心泵的效率是泵的有效功率Ne和軸功率Nz的比值。由于泵內(nèi)存在各種損失，泵有效功率總小于軸功率，故泵效率總小于1。只有盡可能減少泵內(nèi)各種損失，才能提高泵效率。

泵內(nèi)損失可分為機(jī)械損失、容積損失和水力損失［3］。葉輪車削后，對容積損失、水力損失影響較小，對機(jī)械損失影響較大。機(jī)械損失由2部分組成:軸承和軸封磨擦損失 (因葉輪車削不涉及水泵轉(zhuǎn)速，故上述損失可視為常量);圓盤摩擦損失(離心泵葉輪在充滿液體的泵殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，葉輪外表面與液體存在摩擦損失，主要是圓盤摩擦損失，低比轉(zhuǎn)速的離心泵圓盤摩擦損失所占比重更大。當(dāng)比轉(zhuǎn)速ns為30時，圓盤摩擦損失接近于有效功率的30%)。

實踐表明，ns小于200的泵采用表1車削葉輪外徑時，泵效率基本不變。例如比轉(zhuǎn)速ns為60～120的泵，葉泵外徑小于0.9 D時 (D為車削前葉輪外徑)，泵效率幾乎不變，試驗性能曲線與計算值基本相同。但當(dāng)車削葉輪直徑至 (0.9～0.8)D時，泵效率下降1%左右，試驗性能曲線較計算值低。ns小于60的泵少量車削葉輪直徑可使泵效率略有提高。應(yīng)該注意的是，表1中給定的數(shù)據(jù)，為允許車削葉輪直徑的最大值，非最佳值。當(dāng)車削量接近這些值時，泵效率明顯降低，試驗性能曲線與計算值差距較大。因而在進(jìn)行水泵葉輪車削時，要充分考慮葉輪車削各個參數(shù)變化情況，使車削節(jié)能最大、效率損失最小。

2.4 水泵葉輪車削時注意事項

a． 低轉(zhuǎn)速的泵葉輪車削后要進(jìn)行靜平衡試驗;高轉(zhuǎn)速的泵葉輪車削后要進(jìn)行動、靜平衡試驗［4］。

b． 對于分段式多級離心泵，車削時應(yīng)保留其前后蓋板，只車削葉片，以避免因?qū)~內(nèi)徑和葉輪外徑之間間隙過大而導(dǎo)致泵效率下降。

c． 對于混流泵，要把前后蓋板車削成不同直徑，即采用斜車削 (見圖2(a));泵葉輪出口為斜口時采用平車削 (見圖2(b))。

圖2 混流泵常見的2種車削方式

d． 對于低比轉(zhuǎn)速的泵，可考慮只車削葉片，不車削前后蓋板，保持葉輪外徑與導(dǎo)葉內(nèi)徑之間的間隙不變 (使液流有較好的引導(dǎo)作用)，圓盤磨損不變，效率下降。對于低比轉(zhuǎn)速泵，是否需車削前后蓋板要視情況而定。

e． 對于中比轉(zhuǎn)速泵，一定要把葉輪前后蓋板和葉片同時車削。

3 凝升泵葉輪車削在實踐中的應(yīng)用

3.1 凝升泵葉輪車削前的論證

3.1.1 葉輪車削后泵流量能否滿足機(jī)組滿負(fù)荷系統(tǒng)需求

機(jī)組負(fù)荷在220 MW以下時，凝升泵為停運狀態(tài)，單靠凝結(jié)泵產(chǎn)生的壓力就能克服系統(tǒng)阻力，保證系統(tǒng)凝結(jié)水流量，此時凝結(jié)泵出口壓力可達(dá)1 MPa;機(jī)組負(fù)荷在220 MW以上時，啟運凝升泵，凝結(jié)水系統(tǒng)壓力升高，相對凝結(jié)泵提供的壓力最少可降低0.9 MPa，凝結(jié)泵性能曲線工作點右移，輸出流量增大至達(dá)到滿負(fù)荷時所需流量。實際上只要凝升泵出口壓力達(dá)到1.8～2 MPa，就能克服系統(tǒng)阻力，滿足機(jī)組滿負(fù)荷時的流量需求。因此葉輪車削不影響凝結(jié)水系統(tǒng)流量。

3.1.2 泵葉輪車削量的確定

由于凝升泵為中比轉(zhuǎn)速，葉輪車削量一般要求不超過葉輪外徑的15%，只有葉輪出口外緣處在葉輪室出口喉部位置，方可確定葉輪最大車削量，并通過計算確定車削后壓力能否降低至2 MPa。實際機(jī)組滿負(fù)荷運行時凝升泵出口壓力為2.6 MPa，凝結(jié)泵出口凝結(jié)水通過高混至凝升泵入口時壓力為0.8 MPa，可知凝升泵在葉輪車削前可使凝結(jié)水壓力提高1.8 MPa，在不考慮凝升泵效率的情況下，可實現(xiàn)凝升泵出口壓力由2.6 MPa降低至2 MPa(相當(dāng)于凝升泵揚程降低1/3)。

表2 葉輪車削前后參數(shù)對比

3.1.3 車削后電機(jī)電流降幅

凝升泵運行時，凝結(jié)水系統(tǒng)流量靠調(diào)整門節(jié)流調(diào)節(jié)，凝升泵處于變工況運行狀態(tài)，計算葉輪車削量與功率降幅時，需考慮系統(tǒng)管道節(jié)流問題，計算復(fù)雜，只能通過比較葉輪車削前后的實際電流得到電機(jī)電流降幅。

3.2 凝升泵葉輪車削方案

2號機(jī)2號凝升泵葉輪的初始外徑為390 mm，在本次車削前已進(jìn)行過1次30 mm的車削 (只進(jìn)行了葉片車削)。

車削方案:葉輪固定在晃度小于0.05 mm的車床位置，采用平車削方法把葉輪外徑車削至320 mm(包括葉輪兩側(cè)蓋板)，由于葉輪圓周大量車削后兩側(cè)蓋板及葉片出口厚度增大，為了消除其引起的葉輪出口與葉輪室交界處的嚴(yán)重渦流現(xiàn)象，對葉輪葉片單獨半徑方向再車削2 mm(保證葉片長度不小于230 mm)，對葉輪蓋板出口邊內(nèi)側(cè)進(jìn)行20°～30°的倒角，對葉輪外側(cè)蓋板進(jìn)行圓滑車削，使葉輪出口邊蓋板厚度為4～5 mm。

3.3 泵葉輪車削前后的參數(shù)對比

在相同機(jī)組負(fù)荷下，對葉輪車削前后參數(shù)進(jìn)行對比，詳細(xì)數(shù)值見表2。

由表2可見，凝結(jié)泵和凝升泵的電動機(jī)電壓均為6 kV，機(jī)組負(fù)荷為230 MW時，車削后凝結(jié)泵、凝升泵電流共下降15.5 A;機(jī)組負(fù)荷為300 MW時，凝結(jié)泵、凝升泵電流共下降12.9 A。

機(jī)組負(fù)荷為300 MW時，車削后凝結(jié)水流量為765 t/h，凝升泵出口壓力為2.05 MPa，調(diào)整門開度為45.6%;若開大調(diào)門至53%時，凝結(jié)水流量為822 t/h(滿量程)，凝升泵出口壓力為1.87 MPa，滿足機(jī)組通流改造后320 MW負(fù)荷的工況。

4 氫冷升壓泵葉輪車削在實踐中的應(yīng)用

4.1 氫冷升壓泵葉輪車削前的論證

氫冷升壓泵是為發(fā)動機(jī)的氫氣冷卻器提供壓力冷卻水的輔助設(shè)備，為10SH－13型中開式離心泵，額定揚程為23.5 m，配用電動機(jī)功率為54 kW，電動機(jī)電源電壓為380 V，泵的入口循環(huán)水壓力為0.15 MPa，運行時泵出口壓力可達(dá)0.4 MPa，系統(tǒng)所消耗阻力損失為16 m的高度勢能損失、氫氣冷卻器的管束阻力損失、管道系統(tǒng)的延程阻力損失等之和，總損失為泵出口壓力的一半。在實際運行中，由于冷卻水量過大，關(guān)小泵出口門限制流量的方法易造成節(jié)流損失，此時氫冷升壓泵可實現(xiàn)葉輪車削節(jié)能。

4.2 氫冷升壓泵葉輪車削方案

根據(jù)氫氣冷卻器在夏季機(jī)組滿負(fù)荷運行時所需的冷卻水參數(shù)，對6號機(jī)2號氫冷升壓泵的葉輪進(jìn)行車削。運用葉輪車削定律進(jìn)行計算后，2號氫冷升壓泵的葉輪外徑由292 mm車削至270 mm，具體車削工藝與凝升泵葉輪車削相同。

4.3 泵葉輪車削后取得的節(jié)能實效

葉輪車削后，泵的額定揚程由23.5 m降低至20.3 m，由于氫冷升壓泵的流量根據(jù)氣溫和機(jī)組負(fù)荷的變化而改變，取同一季節(jié)1周的時間段，電動機(jī)的平均電流降低了16 A。

［1］ 郭立君．泵與風(fēng)機(jī)［M］．北京:中國電力出版社，1997．

［2］ 侯文綱．工程流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)［M］．北京:水利電力出版社，1985．

［3］ 高澍芃．汽輪機(jī)設(shè)備檢修技術(shù)問答［M］．北京:中國電力出版社，2004．

［4］ 郭延秋．大型火電機(jī)組檢修實用技術(shù)叢書汽輪機(jī)分冊［M］．北京:中國電力出版社，2003．