離心泵工況優(yōu)化的迭加計(jì)算方法

金緯

摘? ?要：某廠330MW機(jī)組靜冷泵在大修中更換了一臺(tái)IS型單級(jí)單吸離心泵，由于選型不當(dāng)，導(dǎo)致泵的揚(yáng)程偏大，流量富裕太多，工況不滿足運(yùn)行需要。本文根據(jù)靜冷泵實(shí)際運(yùn)行要求，利用葉輪切割定律迭加計(jì)算進(jìn)行分析并運(yùn)用，在適當(dāng)減小葉輪外徑，改變了泵的性能參數(shù)，既滿足了靜冷泵的實(shí)際工況要求，又間接起到了節(jié)能的效果。

關(guān)鍵詞：單級(jí)單吸離心泵? 葉輪? 切割定律? 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD67? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（c）-0087-02

在電廠輔機(jī)檢修過程中，往往會(huì)遇到新更換的離心泵工況偏移原來的運(yùn)行工況，就地調(diào)整方法又比較欠缺。這就需要技術(shù)人員對泵的水力特性進(jìn)行分析，并采取必要的措施處理，使工況條件滿足實(shí)際運(yùn)行需要。

1? 機(jī)組介紹及工況分析

1.1 機(jī)組和設(shè)備簡介

某廠11號(hào)機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠制造的亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸反動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)組，額定功率312MW，機(jī)組型號(hào)為N312 -16.67/538/538。該機(jī)組靜冷水系統(tǒng)配備兩臺(tái)型號(hào)為IS100-65-250單級(jí)單吸懸臂式離心泵，其額定流量為100m3/h，揚(yáng)程80m，額定功率37kW，轉(zhuǎn)速為2900r/min。正常運(yùn)行時(shí)一運(yùn)一備。啟動(dòng)一臺(tái)靜冷泵后，調(diào)節(jié)再循環(huán)門，維持靜冷水流量在55～65t/h之間，出口壓力在0.55～0.72MPa之間以滿足實(shí)際運(yùn)行要求。出于運(yùn)行安全的考慮，該系統(tǒng)的再循環(huán)門在運(yùn)行中不做調(diào)整。

1.2 工況分析

由于靜冷水系統(tǒng)中靜冷泵11A泵殼使用了近20年，且泵殼上有多個(gè)砂眼，經(jīng)過多次修復(fù)補(bǔ)焊，已經(jīng)嚴(yán)重變形，導(dǎo)致泵殼密封面泄漏量較大，無法繼續(xù)使用，所以在2019年該臺(tái)機(jī)組大修時(shí)更換了同型號(hào)的離心泵，新泵外形尺寸和舊泵基本相同。在安裝就位后試轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)，其出口壓力達(dá)到了0.72MPa，流量表計(jì)顯示超最大示值（65m3/h），電流達(dá)到88A。保持靜冷水系統(tǒng)中再循環(huán)門的開度不變，試開另一臺(tái)靜冷泵11B，觀察其工況參數(shù)與靜冷泵11B進(jìn)行對比，具體對比參數(shù)見表1。已知兩臺(tái)靜冷泵的電機(jī)參數(shù)相同，電機(jī)型號(hào)為YX3-225M-2，電機(jī)功率為45kW，額定電流為83.9A，額定電壓380V，效率為93.7%，功率因數(shù)cosφ為0.89。

對比表1的參數(shù)、離心泵和電機(jī)的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)新更換的靜冷泵11A電流超標(biāo)，其軸功率也超過了電額定功率。在靜冷泵11A試轉(zhuǎn)過程中，即使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的再循環(huán)門開度至最大，其流量表計(jì)示值仍然超量程。根據(jù)上述現(xiàn)象，初步判斷為靜冷泵11A通流部分配置容量較大。對其進(jìn)行解體檢查后發(fā)現(xiàn)，靜冷泵11A和靜冷泵11B葉輪直徑D2都為φ257，但是靜冷泵11A的葉輪出口寬度b2為16mm，靜冷泵11B的葉輪出口寬度b2為11mm。對照IS型離心泵設(shè)計(jì)手冊，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)靜冷泵型號(hào)雖然都是IS100-65-250，但其設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程分別為144m3/h和96m。所以，新更換的靜冷泵11A存在選型不合理的情況，技術(shù)人員提出了利用葉輪切割定律迭加計(jì)算方法來解決工況偏移的問題。

2? 葉輪切割的方法和應(yīng)用

2.1 葉輪切割定律的分析和計(jì)算

根據(jù)前文所述的參數(shù)，可以計(jì)算得到新更換的靜冷泵11A的比轉(zhuǎn)速Ns為69，靜冷泵11B的比轉(zhuǎn)速Ns為66。接下來我們將具體討論葉輪切割定律在處理靜冷泵11A工況偏移的方法。葉輪切割定律的常見表達(dá)方式見公式組合（1）。在工程計(jì)算領(lǐng)域通常用公式組合（2）來計(jì)算，公式組合（2）引入了比轉(zhuǎn)速Ns這個(gè)因子，經(jīng)過多年的實(shí)際驗(yàn)證，公式（2）較為接近實(shí)際值[1-3]。

首先設(shè)定靜冷泵11A葉輪切割后出口壓力為0.65MPa，即H'=65m，H=96m，Q=144m3/h，代入公式（2）得到葉輪切割后出口直徑D'2為φ214.17mm，總流量為114m3/h。然后假定靜冷泵11B運(yùn)行時(shí)的參數(shù)工況點(diǎn)（見表1數(shù)據(jù)）為靜冷泵11A葉輪切割后的相似工況點(diǎn)，靜冷水系統(tǒng)的再循環(huán)門開度始終保持不變。這時(shí)再次利用公式（2），計(jì)算就地流量表計(jì)的讀數(shù)。那么此時(shí)的H'=65m，H=60m，Q=62m3/h，代入公式（2）得到Q'=56m3/h，即靜冷水系統(tǒng)流量為56m3/h。在利用葉輪切割定律迭加計(jì)算得到的結(jié)果是：當(dāng)靜冷泵11A葉輪出口直徑切割至φ214.17mm時(shí)，其出口壓力應(yīng)為0.65MPa，流量表計(jì)數(shù)值也就是靜冷水系統(tǒng)流量為56m3/h。

2.2 效果分析

葉輪切割后，將靜冷泵11A裝復(fù)就位，試轉(zhuǎn)結(jié)果為，出口壓力為0.65MPa，流量值也就是靜冷水系統(tǒng)流量為56m3/h，電流為53A。理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工況完全相符！考慮到電流值下降較多，我們將兩臺(tái)靜冷泵進(jìn)行比較，計(jì)算靜冷泵11A的節(jié)能效果。兩臺(tái)靜冷泵在機(jī)組運(yùn)行時(shí)一運(yùn)一備，平均每臺(tái)靜冷泵的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)約為2500h。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，可以得到靜冷泵11B的年用電量為91250度電，以上網(wǎng)電價(jià)0.38元每度電計(jì)算，全年廠用電價(jià)為34675元。靜冷泵11A的功率計(jì)算結(jié)果為28.87kW，其全年用電量為72180元，以同樣的上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行計(jì)算，其全年廠用電價(jià)為27428元。相當(dāng)于靜冷泵11A在葉輪切割后可以每年節(jié)約7247元。

3? 結(jié)語

本文介紹的葉輪切割定律迭加運(yùn)用的方法，其實(shí)際意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其節(jié)能的意義，由于使用了葉輪切割定律的經(jīng)驗(yàn)公式（2），可以一次性切割到位，改變了過去需要多次切割葉輪出口直徑，根據(jù)試轉(zhuǎn)結(jié)果，逐漸靠近工況點(diǎn)的方法，最后得到了較為精準(zhǔn)的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 李明霖.關(guān)于離心泵葉輪外徑切割方法的分析[J].化工管理，2019（5）：39-40.

[2] 紀(jì)煒，徐神海，楊慧.離心泵多工況水力性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019（1）：72.

[3] 李博，岳瑩，劉萬閣.離心泵運(yùn)行工況的優(yōu)化與調(diào)節(jié)[J].大觀周刊，2012（18）：100-101.