電廠離心式水泵節(jié)能改造技術(shù)探析及應(yīng)用實(shí)例

宋同輝，劉 剛，趙 晨，嚴(yán)宏園

(安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241000)

某電廠1000 MW機(jī)組凝汽器循環(huán)水采用江水直流冷卻，由于江水含泥沙量較大，循環(huán)水泵導(dǎo)軸承易磨損，因此3臺循環(huán)水泵各配備2臺冷卻水泵，用以給循環(huán)水泵導(dǎo)軸承進(jìn)行沖沙、潤滑。在循環(huán)水泵運(yùn)行時，采用工業(yè)水持續(xù)沖沙、潤滑導(dǎo)軸承，防止江水潤滑易于磨損的情況發(fā)生。同時該冷卻水泵對循環(huán)水泵電機(jī)冷風(fēng)器進(jìn)行冷卻。

該冷卻水泵為立式離心式管道泵。該泵在基建調(diào)試至今一直存在電機(jī)電流過高，達(dá)40 A，嚴(yán)重超過報警值，有時甚至出現(xiàn)過載跳閘的現(xiàn)象，同時就地檢查電機(jī)噪音較大，電機(jī)外表面溫度達(dá)58 ℃。為了降低電機(jī)運(yùn)行電流，一直采用水泵出口閥門節(jié)流方式運(yùn)行，節(jié)流量已達(dá)到最低流量要求，但仍然存在電機(jī)過載現(xiàn)象。水泵技術(shù)參數(shù)見表1。

1 原因分析

經(jīng)查閱循環(huán)水泵電機(jī)冷風(fēng)器及循環(huán)水泵導(dǎo)軸承所需冷卻水資料，要求如表2所示。

由表1和表2對比可知，實(shí)際流量僅需24+15=39 m3/h；且將所需壓力換算為揚(yáng)程后，實(shí)際所需揚(yáng)程僅約15 m。

由以上分析可得，該冷卻水泵選型流量及揚(yáng)程富余量較大。且根據(jù)水泵在出口門關(guān)閉情況下依然超電流，可分析該泵電機(jī)配型功率偏小，進(jìn)而導(dǎo)致水泵過電流運(yùn)行。

表1 水泵技術(shù)參數(shù)

表2 冷卻水參數(shù)要求

因此該冷卻水泵可通過降低泵出力來達(dá)到降低電機(jī)電流的方式進(jìn)行改造，有較大的節(jié)能和安全改善空間。

2 節(jié)能改造技術(shù)選擇

常用的降低離心式水泵出力性能的方法如下。

a.調(diào)節(jié)水泵出口隔離門的開度，這種調(diào)節(jié)方法簡單，但隔離門在部分開度情況下，節(jié)流損失較大，節(jié)能效果差。

b.加裝電機(jī)變頻器或永磁調(diào)速的技術(shù)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來達(dá)到水泵出力的調(diào)節(jié)。但該技術(shù)經(jīng)濟(jì)投資大、技術(shù)復(fù)雜、維護(hù)成本高。一般變頻器和永磁調(diào)速器的費(fèi)用高達(dá)幾十萬元甚至上百萬元，再加上后續(xù)的維護(hù)檢修成本，投資更大[1]。

c.車削葉輪外徑[2]。利用離心式水泵葉輪在最大允許車削量范圍內(nèi)，相應(yīng)工況點(diǎn)效率基本不變的特性，適量切削葉輪外徑，降低泵軸、電機(jī)功率消耗及出口揚(yáng)程、流量等技術(shù)參數(shù)。

由于該冷卻水泵揚(yáng)程、流量富余量較大，經(jīng)調(diào)研論證可通過加工車削水泵葉輪的方式，降低水泵揚(yáng)程和出力，來達(dá)到節(jié)能、降噪、安全運(yùn)行的效果。

3 改造過程

3.1 葉輪車削直徑確定

根據(jù)切割定律[3]，可以通過切削葉輪來調(diào)節(jié)泵的性能參數(shù)。但車削水泵葉輪時必須要保證水泵效率基本不變，否則可能會更為不節(jié)能。在保證泵效率的前提下，車削量與泵自身的比轉(zhuǎn)速ns有關(guān)?，F(xiàn)定義葉輪最大允許相對車削量：

(1)

式中：D′、D分別為葉輪車削后與車削前的直徑。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]介紹，比轉(zhuǎn)速ns與最大允許相對車削量的關(guān)系如表3所示。

表3 比轉(zhuǎn)速與相對車削量關(guān)系

泵的比轉(zhuǎn)速為

(2)

式中:n為水泵轉(zhuǎn)速，r/min；Q為水泵流量，m3/s；H為水泵揚(yáng)程，m。

該泵轉(zhuǎn)速n為2970 r/min，經(jīng)計算，比轉(zhuǎn)速為45。查表3，最大允許車削量為20%。解體測量泵葉輪直徑D=348 mm，故最大允許車削量為348×0.2≈70 mm。

而水泵流量、揚(yáng)程、軸功率(P)與葉輪外徑存在如下關(guān)系[5]：

(3)

按最小許可流量39 m3/h計算，D′=246.8 mm，得葉輪車削量為D-D′=348-246.8≈101 mm；

按最小許可揚(yáng)程15 m計算，D′=227.9 mm,得葉輪車削量為D-D′=348-227.9≈101 mm；

按正常運(yùn)行電流28 A計算，D′=308 mm，得葉輪車削量為D-D′=348-308=40 mm；

根據(jù)以上計算結(jié)果及最大允許車削量70 mm，選擇車削量以軸功率即電流參數(shù)為基準(zhǔn)，車削量為40 mm。

3.2 驗(yàn)算車削改造后的水泵性能參數(shù)

根據(jù)葉輪外徑車削量30 mm計算，車削改造后水泵流量Q′=48.7 m3/h，揚(yáng)程H′=27.4 m，運(yùn)行電流I′=27.7 A，比轉(zhuǎn)速ns=49.7。

葉輪車削改造前后性能參數(shù)對比如表4所示。

表4 葉輪車削改造前后性能參數(shù)對比

根據(jù)表4對比可見，葉輪經(jīng)車削改造后性能參數(shù)均有所降低，特別是電流降低明顯，降低了原運(yùn)行電流的30%。

車削改造后水泵流量Q′=48.7 m3/h，滿足最小流量39 m3/h要求；水泵揚(yáng)程H′=27.4 m，滿足最小揚(yáng)程15 m要求；水泵電流I′=27.7 A，小于額定電流28.9 A；水泵比轉(zhuǎn)速ns=49.7，與車削前比轉(zhuǎn)速49相差較小，可完全滿足水泵效率。

4 改造后水泵能耗及經(jīng)濟(jì)性對比

對比加裝變頻器或永磁調(diào)速器投資幾十萬元甚至上百萬元，車削葉輪改造方式投資小，利潤回收周期短，方法簡便，且無后續(xù)附加的高昂維護(hù)費(fèi)用。

5 結(jié)論

對該離心泵實(shí)施泵葉輪車削改造后，實(shí)際測得水泵運(yùn)行電流25.3 A，水泵出口壓力0.46 MPa，電機(jī)外表面溫度48 ℃，電機(jī)噪音85 dB，均滿足技術(shù)和噪聲要求。改造后運(yùn)行電流降低了12.3 A，降低了30%，節(jié)能效果明顯。對該廠其他5臺泵進(jìn)行相同的改造，每臺泵均達(dá)到了近似的效果。

由此可見，利用水泵的切割定律，解決泵流量、揚(yáng)程富余及軸功率(運(yùn)行電流)過大的問題是完全切實(shí)可行的方法，投資小，節(jié)能效果明顯，方法簡便，還可以達(dá)到降噪和改善電機(jī)運(yùn)行安全性的效果，對電廠其他水泵、風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造具有較大借鑒和推廣意義。