3臺35%電動給水泵配置方式的問題研究

高 飛

（1.山西電力科學研究院，山西 太原 030001；2.太原理工大學，山西太原 030024）

3臺35%電動給水泵配置方式的問題研究

高 飛1，2

（1.山西電力科學研究院，山西 太原 030001；2.太原理工大學，山西太原 030024）

針對山西興能發電有限責任公司古交電廠3號、4號機組在試運行期間，給水泵在某一個工作區間存在非線性特性，導致給水流量頻繁擺動的問題，提出了幾種解決方法，并通過對液力耦合器工作原理的研究，分析了通過調節控制油壓力改變耦合器工作區域的原理，并通過此方法最終解決給水流量的擺動問題，這種方法對出現此類問題的其他電廠有一定的參考作用。

液力耦合器；非線性；頻繁擺動

0 引言

目前，大多數600MW的超臨界機組，給水系統都采用2臺50%最大連續出力B-MCR（Boiler Maximum Continuous Rating） 的汽動給水泵加1臺30%B-MCR啟動電泵或者是3臺50%B-MCR的電動給水泵的配置方式，但隨著電動給水泵技術的日益成熟，電動給水泵的運行穩定性越來越好，事故跳閘次數大幅降低，為了減小不必要的浪費，很多電廠開始嘗試使用3臺35%B-MCR電泵的配置方式，但隨之也產生了一些新的問題。

1 給水流量擺動現象

山西興能發電有限責任公司古交電廠二期擴建2×600MW超臨界機組，鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠生產的HG-2000/25.4-YM12型直流鍋爐。汽輪機為中國東方電氣集團公司生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、二缸二排汽、空冷凝汽式汽輪機。給水系統設計采用3臺35%B-MCR型號為HPT300-340-6S/27A的電動給水泵，銘牌出力工況下，主泵出口流量為738m3/h，揚程為3 199m，出口壓力為28.29MPa。調節機構采用VOITH公司生產的R17K500M型液力耦合器，設計輸出轉速為：n1=5 634 r/min，設計滑差率為2.91%。主給水管道上布置主給水電動閥和35%給水旁路調節閥，設計給水流量為：1 800 t/h。

在調試過程中發現，3臺泵勺管均在50～55開度和60～65兩個開度之間有擺動和搶水的現象，以1號給水泵為例，見圖1。

圖1 給水泵流量曲線

從圖1中可以看出，給水泵勺管開度在64%時，在反饋變動很小（大致在0.5%左右） 的情況下，給水流量出現40 t左右的擺動，且極不穩定，同時，給水泵電流、轉速也發生了相應的變化，基本可以斷定是由于耦合器自身的波動造成的。其余2臺電動給水泵也有相同的現象。

2 擺動原因分析

經過事故分析認為，導致給水流量擺動的原因主要來自三個方面，一是液力耦合器自身的問題，二是外部管道的阻力，三是控制油溫度不同。

2.1 液力耦合器

2.1.1 工作原理

調速型液力耦合器主要由泵輪、渦輪、驅動軸、從動軸、勺管等組成[1]，當主動軸帶動泵輪旋轉時，在泵輪內葉片及腔室的共同作用下，工作油將獲得能量并在慣性離心力的作用下，被送到泵輪的外圓周側，形成高速的油流；泵輪外圓周側的高速油流又以徑向相對速度與泵輪出口的圓周速度組成合速度，沖入渦輪的進口徑向流道，并沿著渦輪的徑向流道通過油流動量矩的變化而推動渦輪旋轉；在油流至渦輪出口處，又以其徑向相對速度與渦輪出口處的圓周速度組成合速度，流入泵輪的徑向流道，并在泵輪中重新獲得能量。如此周而復始，形成工作油在泵輪和渦輪中的循環流動圓。由此可見，泵輪把輸入的機械功轉換為油的動能，而渦輪則把油的動能轉換成為輸出的機械功，從而實現動力的傳遞。液力耦合器的無級變速是通過改變勺管的位置而改變循環圓中的工作油量實現的。當勺管插入液力耦合器腔室的最深處時，循環圓中油量最小，泵輪和渦輪轉速偏差大，輸出轉速最低；當勺管插入液力耦合器腔室的最淺處時，循環圓中油量最大，泵輪和渦輪轉速偏差小，輸出轉速最大[2]。

2.1.2 原因分析

從上述原理分析可以看出，調速型液力偶合器的調節特性都存在非線性特性，而對于這種非線性又有兩種補償方法，一種是使用凸輪機構進行補償，在電動執行器與偶合器之間加裝1套凸輪機構，通過對凸輪特性的調節來改善耦合器的非線性[2]，還有一種就是通過在分散控制系統DCS（Distributed ControlSystem）調節給水泵勺管指令和給水流量的函數關系將其線性化，但考慮到勺管在非線性區間時，指令的抖動幅度在0.5%左右，甚至更小，而超出了DCS卡件的精度范圍，此線性化的效果也不是很好。

另外，通過改變耦合器的控制油壓力，能夠控制進入泵室的油流量多少，從而間接地起到改變勺管的工作區，使其非線性區間發生轉移，并且適當地降低控制油壓力還可以緩解勺管控制的非線性，通過多次實驗，將機組的控制油壓力從2.0 MPa調節至1.8MPa后，給水泵勺管的兩個非線性區域明顯改善。

2.2 管道阻力的不同

文獻[4]通過試驗證明，在不同管道參數下，離心式給水泵有著不同的H—Q（揚程—流量）曲線，在快速加減負荷的情況下，對于2臺以上的并聯運行調速離心泵來說，在不同管道阻力下，在流量特性上會出現“搶水”現象，即這幾臺并聯運行泵的流量會發生突變，而泵會出現不同程度的“喘振”現象，導致給水泵振動加大，出力不均，影響機組的安全運行，所以，在設計初期需要特別注意，為了保證每臺泵入口壓力相同，各臺給水泵所設計的管道長度和彎管要盡量保持一致。

本機組在初期的設計方面，由于現場的場地位置關系，3臺泵從除氧器出口到前置泵入口的管徑距離和彎頭都不同，從除氧器平臺到給水泵的入口的管道布置中，1號泵不僅管道布置較長，而且彎管段也比其他2臺泵設計的多，這樣就導致3臺給水泵在入口處，給水的壓頭存在一定差異，快速加減負荷時就容易產生搶水現象。

要解決這個問題，要將3臺泵的入口壓力進行平衡化處理，這首先需要通過試驗獲得每臺泵入口流量—壓力的特性曲線，然后采用對入口管道進行改造或者加裝節流裝置等方法，使3臺泵的入口壓力特性相同才能解決。由于現場調試期間時間緊張，而這項工作需要大量的時間獲得相應數據，所以建議在大小修期間進行。

2.3 控制油溫度高

由黏性流體性質可知，耦合器滑差損失和軸承摩擦損失將生成大量的熱，并被耦合器工作油吸收，這也就是工作中控制油溫度會升高的原因，而油溫的升高會加劇勺管的非線性特性。

圖2 耦合器控制油溫與轉速的輸出關系

從圖2中可以看出，在給水泵輸出轉速在60%～80%之間時，控制油的溫度是最高的，這也是造成給水系統流量擺動的原因之一，解決方法主要是調節冷油器的入水量來降低控制油的溫度。

3 改造后的運行效果

選擇通過將耦合器工作油壓力從2.0MPa調節至1.8MPa和將泵的控制油溫度降低4～5℃的方法，運行一段時間后觀察效果，如圖3所示。

圖3 給水泵運行曲線

從圖3中可以看出，耦合器在50%開度左右時的非線性特性有明顯改善，但是仍然存在“搶水”現象，在20min左右時，3號泵的給水流量忽然降低，在運行50min左右時才與其他2臺泵保持平衡，其主要原因便是由于管道參數不同造成的，需要在機組停機后處理。

4 結論

山西興能發電有限責任公司古交電廠3號、4號機組給水流量擺動現象，分析得出造成擺動的主要原因有：設計3臺給水泵入口的管道阻力不同；液力耦合器本身存在的非線性特性；給水泵的工作油溫高。

在實驗過程中，針對不同的原因，分別采取了將液力耦合器工作特性線性化、調節給水泵控制油壓力和控制給水泵工作油溫度等方法，最終解決了給水流量擺動的問題。

［1］ 趙雯姝，陳荊山，閆強，等.液力偶合器的經濟運行點與給水泵的匹配運行［J］.水泵技術 ，2006（01）：31-32.

［2］ 李前宇，毛永清.調速型液力耦合器工作油溫特性分析與應用［J］.電站系統工程 ，2009（02）：40-58.

［3］ 鄭國.液力偶合鍋爐給水泵轉速失穩的分析及處理［J］.水泵技術 ，2010（04）：0-23.

［4］ 胡征宇，吳大轉，王樂勤.離心泵快速啟動過程的瞬態水力特性［J］.浙江大學學報，2005（05）：605-608.

Research on the Configuration Mode of Three 35%Motor-driven Feed water Pum ps

GAO Fei1,2
（1.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Due to the nonlinear feature of feed water pump in a certain working area,the problem of unstable feed-water flow happened in Shanxi Xingneng Gujiao Power Plant and some methods are tried to figure such problem.The working principle of the hydraulic coupler is studied and it is concluded that by adjusting the oil pressure to change the working area of hydraulic coupler，the problem of unstable feed-water flow can be addressed，which is of significance for other power plants to refer to.

hydraulic coupler；nonlinear；change frequently

TK223.5+2

A

1671-0320（2012）04-0051-03

2012-04-08，

2012-06-18

高 飛（1982-），男，山西交城人，2004年畢業于太原理工大學自動化系，2010級太原理工大學信息學院控制工程專業在讀工程碩士，工程師，從事熱控自動化研究工作。