離心泵工況優化的迭加計算方法

金緯

摘? ?要：某廠330MW機組靜冷泵在大修中更換了一臺IS型單級單吸離心泵，由于選型不當，導致泵的揚程偏大，流量富裕太多，工況不滿足運行需要。本文根據靜冷泵實際運行要求，利用葉輪切割定律迭加計算進行分析并運用，在適當減小葉輪外徑，改變了泵的性能參數，既滿足了靜冷泵的實際工況要求，又間接起到了節能的效果。

關鍵詞：單級單吸離心泵? 葉輪? 切割定律? 節能

中圖分類號：TD67? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0087-02

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

1? 機組介紹及工況分析

1.1 機組和設備簡介

某廠11號機組是上海汽輪機廠制造的亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸反動、凝汽式汽輪機組，額定功率312MW，機組型號為N312 -16.67/538/538。該機組靜冷水系統配備兩臺型號為IS100-65-250單級單吸懸臂式離心泵，其額定流量為100m3/h，揚程80m，額定功率37kW，轉速為2900r/min。正常運行時一運一備。啟動一臺靜冷泵后，調節再循環門，維持靜冷水流量在55～65t/h之間，出口壓力在0.55～0.72MPa之間以滿足實際運行要求。出于運行安全的考慮，該系統的再循環門在運行中不做調整。

1.2 工況分析

由于靜冷水系統中靜冷泵11A泵殼使用了近20年，且泵殼上有多個砂眼，經過多次修復補焊，已經嚴重變形，導致泵殼密封面泄漏量較大，無法繼續使用，所以在2019年該臺機組大修時更換了同型號的離心泵，新泵外形尺寸和舊泵基本相同。在安裝就位后試轉發現，其出口壓力達到了0.72MPa，流量表計顯示超最大示值（65m3/h），電流達到88A。保持靜冷水系統中再循環門的開度不變，試開另一臺靜冷泵11B，觀察其工況參數與靜冷泵11B進行對比，具體對比參數見表1。已知兩臺靜冷泵的電機參數相同，電機型號為YX3-225M-2，電機功率為45kW，額定電流為83.9A，額定電壓380V，效率為93.7%，功率因數cosφ為0.89。

對比表1的參數、離心泵和電機的參數，發現新更換的靜冷泵11A電流超標，其軸功率也超過了電額定功率。在靜冷泵11A試轉過程中，即使調節系統的再循環門開度至最大，其流量表計示值仍然超量程。根據上述現象，初步判斷為靜冷泵11A通流部分配置容量較大。對其進行解體檢查后發現，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型離心泵設計手冊，發現兩臺靜冷泵型號雖然都是IS100-65-250，但其設計流量和揚程分別為144m3/h和96m。所以，新更換的靜冷泵11A存在選型不合理的情況，技術人員提出了利用葉輪切割定律迭加計算方法來解決工況偏移的問題。

2? 葉輪切割的方法和應用

2.1 葉輪切割定律的分析和計算

根據前文所述的參數，可以計算得到新更換的靜冷泵11A的比轉速Ns為69，靜冷泵11B的比轉速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方式見公式組合（1）。在工程計算領域通常用公式組合（2）來計算，公式組合（2）引入了比轉速Ns這個因子，經過多年的實際驗證，公式（2）較為接近實際值[1-3]。

首先設定靜冷泵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運行時的參數工況點（見表1數據）為靜冷泵11A葉輪切割后的相似工況點，靜冷水系統的再循環門開度始終保持不變。這時再次利用公式（2），計算就地流量表計的讀數。那么此時的H'=65m，H=60m，Q=62m3/h，代入公式（2）得到Q'=56m3/h，即靜冷水系統流量為56m3/h。在利用葉輪切割定律迭加計算得到的結果是：當靜冷泵11A葉輪出口直徑切割至φ214.17mm時，其出口壓力應為0.65MPa，流量表計數值也就是靜冷水系統流量為56m3/h。

2.2 效果分析

葉輪切割后，將靜冷泵11A裝復就位，試轉結果為，出口壓力為0.65MPa，流量值也就是靜冷水系統流量為56m3/h，電流為53A。理論計算結果與實際工況完全相符！考慮到電流值下降較多，我們將兩臺靜冷泵進行比較，計算靜冷泵11A的節能效果。兩臺靜冷泵在機組運行時一運一備，平均每臺靜冷泵的年運行小時數約為2500h。根據表1的數據，可以得到靜冷泵11B的年用電量為91250度電，以上網電價0.38元每度電計算，全年廠用電價為34675元。靜冷泵11A的功率計算結果為28.87kW，其全年用電量為72180元，以同樣的上網電價進行計算，其全年廠用電價為27428元。相當于靜冷泵11A在葉輪切割后可以每年節約7247元。

3? 結語

本文介紹的葉輪切割定律迭加運用的方法，其實際意義遠遠大于其節能的意義，由于使用了葉輪切割定律的經驗公式（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，根據試轉結果，逐漸靠近工況點的方法，最后得到了較為精準的結果。

參考文獻

[1] 李明霖.關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] 紀煒，徐神海，楊慧.離心泵多工況水力性能優化設計方法[J].科技經濟導刊，2019（1）：72.

[3] 李博，岳瑩，劉萬閣.離心泵運行工況的優化與調節[J].大觀周刊，2012（18）：100-101.