熱力循環(huán)泵運(yùn)行工況的異常分析

玄黎升

(華電能源 哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱150000)

熱力循環(huán)泵是熱力站進(jìn)行熱能輸送過(guò)程中所涉及到的核心部分，正是有了熱力循環(huán)泵，才能夠使得千家萬(wàn)戶有暖氣得以使用。但是，熱力循環(huán)泵的運(yùn)行負(fù)荷較大，在部分情況下極易出現(xiàn)運(yùn)行異常，而為了能夠確保暖氣的正常供應(yīng)， 就必須要針對(duì)工況異常現(xiàn)象加以排除，為熱力循環(huán)泵的持久運(yùn)行提供保障。

1 問(wèn)題的提出

集中供熱系統(tǒng)是從2004 年在我國(guó)開始正式使用以來(lái)， 國(guó)內(nèi)便開始廣泛的使用，并且這一供熱系統(tǒng)運(yùn)行較為平穩(wěn)，取得了良好的社會(huì)效益。 但是隨著集中供熱規(guī)模持續(xù)不斷的擴(kuò)大，促使大量的離心泵水被應(yīng)用到了熱力站的供熱系統(tǒng)之中， 就各個(gè)方面的情況調(diào)查來(lái)看，有部分換熱站之中所存在的循環(huán)泵長(zhǎng)久運(yùn)行之后出現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：循環(huán)泵內(nèi)部出現(xiàn)異常聲響；電動(dòng)機(jī)自身溫度超出正常水平；電流抄表；無(wú)法長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)；部分循環(huán)泵運(yùn)行期間閥門擴(kuò)大。除了由于電動(dòng)機(jī)本身所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，以及環(huán)境因素以外，更多的因素是由于循環(huán)水泵本身運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)載所導(dǎo)致。

2 比轉(zhuǎn)數(shù)低的離心水泵容易過(guò)載

泵的比轉(zhuǎn)數(shù)ns=3.65nG^0.5/H^0.75(式中n 為水泵的轉(zhuǎn)數(shù))是代表某一系列泵的一個(gè)綜合性能參數(shù), 比轉(zhuǎn)數(shù)大表明其流量大而壓頭小,反之,表明流量小而壓頭大。 由于供熱系統(tǒng)的定壓點(diǎn)常常設(shè)在循環(huán)水泵入口,使得水泵極限流量往往大于電動(dòng)機(jī)額定功率對(duì)應(yīng)下的流量,功率隨著流量的增加,功率曲線呈上升狀,當(dāng)實(shí)際流量值增加過(guò)大時(shí),比轉(zhuǎn)數(shù)較低的離心水泵,流量增加而壓頭減少不多,軸功率上升較快,曲線較陡,見公式：

N 電機(jī)=KγGH/η1η2 N 軸=γGH/η1

式中N 電機(jī)—電動(dòng)機(jī)的輸出功率,kW;N 軸—軸功率,kW;K—電動(dòng)機(jī)容量安全系數(shù);γ—流體重度,N/m^3;G—體積流量,m^3/s;H—能頭,m;η1—總效率;η2—傳動(dòng)機(jī)械效率。 由上式可知,隨著電動(dòng)機(jī)軸功率N 軸上升,極易使電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)額定電流,引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載。 因此,比轉(zhuǎn)數(shù)低的離心水泵容易產(chǎn)生過(guò)載。

3 泵的參數(shù)選大引起過(guò)載

設(shè)計(jì)所選泵的參數(shù)Gm、Hm 總是與理想狀態(tài)點(diǎn)A' 對(duì)應(yīng)的參數(shù)G'、H' 有出入, 我們通常是按設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)確定水泵參數(shù)Gm、Hm 的,它們也就是G1=Gm、H1=Hm,而交點(diǎn)A 恰恰為離心水泵實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn),該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量G 為循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)泵提供的實(shí)際流量(工作流量),對(duì)應(yīng)的H 為循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)泵提供的實(shí)際揚(yáng)程。

為了明了起見,下面分三種情況來(lái)分析泵的參數(shù)選大引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載的情況：當(dāng)管路的阻力特性曲線一定時(shí),

3.1 當(dāng)所選水泵的銘牌揚(yáng)程Hm≈H',而銘牌流量Gm>G' 時(shí)：水泵的銘牌流量選的越大,水泵的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)向右偏離實(shí)際工作點(diǎn)越遠(yuǎn),這時(shí)水泵的工作流量G 將小于設(shè)計(jì)流量G1(G1 就是銘牌流量Gm),功率N將小于銘牌功率Nm,水泵便不會(huì)出現(xiàn)超載運(yùn)行情況。但是,水泵的效率將大大降低。

3.2 當(dāng)所選水泵的銘牌流量Gm≈G',而銘牌揚(yáng)程Hm>H' 時(shí)：水泵銘牌揚(yáng)程偏離理想值越高,就會(huì)使水泵的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)向左偏離實(shí)際工作點(diǎn)越遠(yuǎn),也就是說(shuō)實(shí)際工作點(diǎn)向右偏離高效工作點(diǎn)越遠(yuǎn),易造成實(shí)際流量過(guò)大,超過(guò)水泵最大限制流量引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 當(dāng)所選水泵的銘牌流量Gm>G',揚(yáng)程Hm>H' 時(shí)：a.當(dāng)所選水泵銘牌揚(yáng)程Hm 小于實(shí)際管路系統(tǒng)阻力損失H 時(shí),水泵所提供流量介于理想流量與銘牌流量之間,水泵工作點(diǎn)總是處于A1 的左方,就不會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載現(xiàn)象;b.當(dāng)所選水泵銘牌揚(yáng)程Hm 高于實(shí)際管路系統(tǒng)阻力損失H 時(shí),水泵所提供流量G 將大于水泵銘牌流量Gm,Hm 越大越易出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)載現(xiàn)象。

4 循環(huán)水泵在大功率工況下運(yùn)行的原因分析

在實(shí)際工作中,常常存在下面幾種情況造成水泵軸功率過(guò)大：

4.1 供熱系統(tǒng)管網(wǎng)之中所存在的循環(huán)水泵揚(yáng)程， 通常情況下都是按照不利壓力條件下的耗損好制定的， 而當(dāng)管網(wǎng)本身在水利失調(diào)之后，就必然會(huì)導(dǎo)致全網(wǎng)管之中的阻力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不利環(huán)路的設(shè)計(jì)系數(shù)，如此以來(lái)，當(dāng)水泵本身在大軸運(yùn)行功率下地下效率的運(yùn)行，就必然會(huì)出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載的現(xiàn)象。

4.2 在確定水泵揚(yáng)程時(shí),許多人習(xí)慣按經(jīng)濟(jì)比摩阻上限來(lái)估算最不利環(huán)路阻力損失, 當(dāng)外網(wǎng)供熱半徑較大時(shí), 易造成估算值偏離實(shí)際值過(guò)大,造成所選水泵揚(yáng)程過(guò)大,同樣使水泵在大流量、小揚(yáng)程、低效率點(diǎn)運(yùn)行,當(dāng)軸功率大于電機(jī)銘牌功率時(shí),便引起電機(jī)過(guò)載。

4.3 在設(shè)計(jì)中,一些人盲目地認(rèn)為“大馬拉小車”既省事又保險(xiǎn),將水泵容量(這里指揚(yáng)程)定大。

5 改善措施

針對(duì)以上引起循環(huán)泵過(guò)載的原因,提出解決措施：

5.1 最根本的解決問(wèn)題的有效措施， 實(shí)際上需要在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中加以重視，設(shè)計(jì)的工況應(yīng)當(dāng)要盡可能的與實(shí)際工況相符合，這就代表著，熱管網(wǎng)自身的阻力必須要經(jīng)過(guò)精心的計(jì)算，不能夠出現(xiàn)任何馬虎現(xiàn)象，要最大限度的保證管網(wǎng)的水利特性曲線能夠與實(shí)際所呈現(xiàn)出的工況狀態(tài)。

5.2 使用單位自身務(wù)必要對(duì)設(shè)計(jì)加以尊重， 不能夠?qū)τ谠O(shè)計(jì)之中所涉及到水泵型號(hào)擅自進(jìn)行更改，并且必須要對(duì)于各個(gè)不同部分進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算之后，依據(jù)水力的各方面工況來(lái)進(jìn)行水泵選型。

5.3 當(dāng)處在正常運(yùn)行狀態(tài)下的水泵出現(xiàn)了過(guò)載現(xiàn)象之后， 如果說(shuō)僅僅是短時(shí)間運(yùn)行，那么還能夠一定的維持，但是長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)下，超載的電機(jī)自身必然會(huì)從電網(wǎng)之中對(duì)大量的有功功率進(jìn)行吸收，從而使得其中電流持續(xù)增高， 直接超出了電機(jī)本身所允許的額定電流標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致絕緣體在這期間出現(xiàn)老化甚至是燒毀的現(xiàn)象。因此，運(yùn)行人員本身應(yīng)當(dāng)要依據(jù)情況的不同來(lái)采取不同措施。

5.3.1 對(duì)外網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié),使熱網(wǎng)達(dá)到阻力平衡,從而增大了外網(wǎng)阻力特性系數(shù),來(lái)避免電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象。

5.3.2 關(guān)小水泵出口閥門或定壓點(diǎn)前回水管路閥門開啟度,即采用增加管路阻力的辦法,使水泵避免過(guò)載。 由于節(jié)流引起了能量損失、不經(jīng)濟(jì),但簡(jiǎn)便易行。

5.3.3 如果條件允許,采用變速調(diào)節(jié),它比節(jié)流調(diào)節(jié)所消耗的功率小,所以更節(jié)電、經(jīng)濟(jì)。

5.3.4 可采取適當(dāng)切割水泵葉輪的方法。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，熱力循環(huán)泵在熱力站運(yùn)行的過(guò)程中，起到了至關(guān)重要的作用，也正是由于熱力循環(huán)泵所起到的重要作用，才能夠幫助熱力得以正常的供給到居民家中。而在當(dāng)前暖氣使用范圍不斷擴(kuò)大的情況下， 如果說(shuō)熱力循環(huán)泵的工況出現(xiàn)異常并且導(dǎo)致熱力循環(huán)泵停止運(yùn)行，那么就會(huì)對(duì)于大量的居民帶來(lái)影響，所以，必須要對(duì)熱力循環(huán)泵運(yùn)行的故障現(xiàn)象提前察覺，防止停止運(yùn)行的情況出現(xiàn)。

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