電廠離心式水泵節能改造技術探析及應用實例

宋同輝，劉 剛，趙 晨，嚴宏園

(安徽華電蕪湖發電有限公司，安徽 蕪湖 241000)

某電廠1000 MW機組凝汽器循環水采用江水直流冷卻，由于江水含泥沙量較大，循環水泵導軸承易磨損，因此3臺循環水泵各配備2臺冷卻水泵，用以給循環水泵導軸承進行沖沙、潤滑。在循環水泵運行時，采用工業水持續沖沙、潤滑導軸承，防止江水潤滑易于磨損的情況發生。同時該冷卻水泵對循環水泵電機冷風器進行冷卻。

該冷卻水泵為立式離心式管道泵。該泵在基建調試至今一直存在電機電流過高，達40 A，嚴重超過報警值，有時甚至出現過載跳閘的現象，同時就地檢查電機噪音較大，電機外表面溫度達58 ℃。為了降低電機運行電流，一直采用水泵出口閥門節流方式運行，節流量已達到最低流量要求，但仍然存在電機過載現象。水泵技術參數見表1。

1 原因分析

經查閱循環水泵電機冷風器及循環水泵導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，實際流量僅需24+15=39 m3/h；且將所需壓力換算為揚程后，實際所需揚程僅約15 m。

由以上分析可得，該冷卻水泵選型流量及揚程富余量較大。且根據水泵在出口門關閉情況下依然超電流，可分析該泵電機配型功率偏小，進而導致水泵過電流運行。

表1 水泵技術參數

表2 冷卻水參數要求

因此該冷卻水泵可通過降低泵出力來達到降低電機電流的方式進行改造，有較大的節能和安全改善空間。

2 節能改造技術選擇

常用的降低離心式水泵出力性能的方法如下。

a.調節水泵出口隔離門的開度，這種調節方法簡單，但隔離門在部分開度情況下，節流損失較大，節能效果差。

b.加裝電機變頻器或永磁調速的技術，通過調節電機轉速來達到水泵出力的調節。但該技術經濟投資大、技術復雜、維護成本高。一般變頻器和永磁調速器的費用高達幾十萬元甚至上百萬元，再加上后續的維護檢修成本，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，相應工況點效率基本不變的特性，適量切削葉輪外徑，降低泵軸、電機功率消耗及出口揚程、流量等技術參數。

由于該冷卻水泵揚程、流量富余量較大，經調研論證可通過加工車削水泵葉輪的方式，降低水泵揚程和出力，來達到節能、降噪、安全運行的效果。

3 改造過程

3.1 葉輪車削直徑確定

根據切割定律[3]，可以通過切削葉輪來調節泵的性能參數。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能。在保證泵效率的前提下，車削量與泵自身的比轉速ns有關。現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。

根據文獻[4]介紹，比轉速ns與最大允許相對車削量的關系如表3所示。

表3 比轉速與相對車削量關系

泵的比轉速為

(2)

式中:n為水泵轉速，r/min；Q為水泵流量，m3/s；H為水泵揚程，m。

該泵轉速n為2970 r/min，經計算，比轉速為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、揚程、軸功率(P)與葉輪外徑存在如下關系[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；

根據以上計算結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為基準，車削量為40 mm。

3.2 驗算車削改造后的水泵性能參數

根據葉輪外徑車削量30 mm計算，車削改造后水泵流量Q′=48.7 m3/h，揚程H′=27.4 m，運行電流I′=27.7 A，比轉速ns=49.7。

葉輪車削改造前后性能參數對比如表4所示。

表4 葉輪車削改造前后性能參數對比

根據表4對比可見，葉輪經車削改造后性能參數均有所降低，特別是電流降低明顯，降低了原運行電流的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；水泵揚程H′=27.4 m，滿足最小揚程15 m要求；水泵電流I′=27.7 A，小于額定電流28.9 A；水泵比轉速ns=49.7，與車削前比轉速49相差較小，可完全滿足水泵效率。

4 改造后水泵能耗及經濟性對比

對比加裝變頻器或永磁調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，且無后續附加的高昂維護費用。

5 結論

對該離心泵實施泵葉輪車削改造后，實際測得水泵運行電流25.3 A，水泵出口壓力0.46 MPa，電機外表面溫度48 ℃，電機噪音85 dB，均滿足技術和噪聲要求。改造后運行電流降低了12.3 A，降低了30%，節能效果明顯。對該廠其他5臺泵進行相同的改造，每臺泵均達到了近似的效果。

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