調(diào)相機(jī)水阻計(jì)算及設(shè)備選型建議

◎劉亞楠 顏勛奇 李倩如 張超峰

某特高壓換流站，調(diào)相機(jī)的冷卻系統(tǒng)循環(huán)水池為戶外開放式結(jié)構(gòu)，因此池體內(nèi)部很容易出現(xiàn)大量的細(xì)微藻類、水體表面的漂浮物以及各種雜質(zhì)等，隨著冷卻水循環(huán)進(jìn)入到調(diào)相機(jī)內(nèi)冷卻系統(tǒng)和油系統(tǒng)，冷卻器內(nèi)部會造成調(diào)相機(jī)內(nèi)冷卻水和潤滑油的溫度不斷提升，很有可能會造成調(diào)相機(jī)油水系統(tǒng)溫度增高，同時由于雜質(zhì)堆積及流入管道，可能使得冷卻水循環(huán)水路中水流速及流量收到一定影響，從而間接影響到調(diào)相機(jī)冷卻能力，基于此，本文通過對調(diào)相機(jī)工程外水冷系統(tǒng)的水阻進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，在得出其水路水阻的工程理論值后，對加裝循環(huán)水池過濾裝置提供理論參考，從而確保對水池內(nèi)部的水體進(jìn)行凈化處理的同時，又能有效保證通過過濾裝置的水阻滿足系統(tǒng)要求。

一、外冷卻系統(tǒng)概況

本次項(xiàng)目本工程設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，在換流站當(dāng)中加裝2×300MVar的調(diào)相機(jī)工程外冷卻系統(tǒng)，并且所加裝的調(diào)相機(jī)工程部分使用的施母管制，2×300MVar調(diào)相機(jī)設(shè)備當(dāng)中總共施工一套水冷設(shè)備。其中一套完整的設(shè)備系統(tǒng)當(dāng)中，主要包含機(jī)力通風(fēng)冷卻塔、電動濾水器、循環(huán)水泵、工業(yè)水池補(bǔ)水泵和外冷系統(tǒng)共用的電源盤柜以及整個設(shè)備的所有管道及備品備件。外冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加安全合理，在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性更強(qiáng)，維修工作更加簡單。外冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造是保證系統(tǒng)在各種不同環(huán)境條件下可以充分適應(yīng)調(diào)相機(jī)的運(yùn)行工作狀態(tài)，外冷系統(tǒng)不但可以承受正常的供電電壓以及電流能力，同時還可以有效承受外部觸發(fā)系統(tǒng)誤動作或者是站內(nèi)各部分故障問題以及交流故障問題所形成的高沖擊電流和電壓。外冷系統(tǒng)在工作過程中的運(yùn)行穩(wěn)定性更高，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)過程更加簡單，維修更加方便，設(shè)備零部件可以充分滿足自由膨脹搜索以及抗拉強(qiáng)度等各的問題，不允許存在明顯的變形，泄漏，異常震動以及其他功能缺陷情況，管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)保證巖程的水阻最小。如圖1：

圖1 外冷卻系統(tǒng)

二、加裝調(diào)相機(jī)工程系統(tǒng)水阻計(jì)算

1.各部分換熱器環(huán)路水阻。

調(diào)相機(jī)的外輪系統(tǒng)使用的是母管制，兩臺調(diào)相機(jī)共同使用一套冷卻系統(tǒng)，其中三臺水泵兩臺使用，一臺進(jìn)行備用，同時實(shí)現(xiàn)周期性的切換水泵和管道材料的配置保持相同，如圖2：

圖2 換熱器環(huán)路結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行水阻計(jì)算過程中，只選用其中一條支路即可完成，調(diào)相機(jī)可以通過對稱布置工作方式，在計(jì)算管路水阻工程中，只需要檢查一臺調(diào)相機(jī)各個換熱器的水阻環(huán)路即可完成，所對應(yīng)的各個部分換熱器環(huán)路水阻如下。

表1 調(diào)相機(jī)各部分換熱器環(huán)路水阻

2.水阻詳細(xì)計(jì)算如下：

根據(jù)阻力公式：i=105·（Q/C）1.85·（dj）-4.87；其中：i—比摩阻（kPa/m）；Q—水流量（m3/s）dj—管道計(jì)算內(nèi)徑（m）；C—海澄威廉系數(shù)，不銹鋼管C=130。根據(jù)公式：h=§·v2/2g其中：§—局部阻力系數(shù)；v—管內(nèi)流速（m/s）計(jì)算輸入、輸出。

（1）水泵房水阻。

泵入口到泵房出口（母管處）：DN400的不銹鋼304管段最不利長度3.75m（流量565m3/h）DN400的不銹鋼管段的閥門數(shù)量為李哥，阻力洗漱為0.3；則：總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：5.703Kpa。

（2）泵出口到泵房出口（母管處）。

DN300的不銹鋼304管段最不利長度4.5m（流量565m3/h）DN300的不銹鋼管段的閥門1個，阻力系數(shù)為7.5，電動閥門1個，阻力系數(shù)為0.3。則：總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：16.26Kpa水泵房的總水阻：5.703+16.26=21.963Kpa。

（3）房出口母管處到調(diào)相機(jī)支路處。

DN500的不銹鋼304管段最不利長度329m（流量1130m3/h）；DN500的不銹鋼管段的閥門、彎頭6個，阻力系數(shù)為1.13。則：總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：24.08Kpa。

（4）電動濾水器進(jìn)口到電動濾水器出口。

DN350的不銹鋼304管段最不利長度3m（流量565m3/h），DN350的不銹鋼管段的閥門、彎頭如下：

表2 DN350的不銹鋼管段的閥門、彎頭情況

則：總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：12.445Kpa

3.電動濾水器出口到調(diào)相機(jī)換熱器的進(jìn)口前。

（1）電動濾水器出口到空氣換熱器的進(jìn)口分支前。

DN200的不銹鋼304管段最不利長度25m（流量220m3/h）DN200的不銹鋼管段的閥門、彎頭數(shù)量為4個，阻力系數(shù)為1。13；總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：12.07。

（2）空氣換熱器的進(jìn)口分支前到空氣換熱器的進(jìn)口。

DN100的不銹鋼304管段最不利長度10m（流量55m3/h）DN100的不銹鋼管段的電動閥1個，阻力系數(shù)為0.3，DN100彎頭4個，阻力系數(shù)為1.13，總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：9.58Kpa。

（3）電動濾水器出口到定子換熱器的進(jìn)口。

DN150的不銹鋼304管段最不利長度20m（流量125m3/h）DN150的不銹鋼管段的電動閥數(shù)量1個，阻力系數(shù)0.3；DN150彎頭4個，阻力系數(shù)為1.13?？偹瑁ㄑ爻套枇?局部阻力/Kpa）：10.48Kpa。

（4）電動濾水器出口到轉(zhuǎn)子換熱器的進(jìn)口。

DN150的不銹鋼304管段最不利長度20m（流量130m3/h）DN150的不銹鋼管段電動閥數(shù)量1個，阻力系數(shù)0.3；DN150彎頭4個，阻力系數(shù)為1.13?？偹瑁ㄑ爻套枇?局部阻力/Kpa）：11.32Kpa。

（5）電動濾水器出口到潤滑油換熱器的進(jìn)口。

DN125的不銹鋼304管段最不利長度17m（流量90m3/h）DN125的不銹鋼管段電動閥數(shù)量1個，阻力系數(shù)0.3；DN125彎頭4個，阻力系數(shù)為1.13?？偹瑁ㄑ爻套枇?局部阻力/Kpa）：9.73。

4.調(diào)相機(jī)換熱器進(jìn)口到循環(huán)母管處。

（1）空氣換熱器的進(jìn)口到空氣換熱器匯總前。

DN100的不銹鋼304管段最不利長度10m（流量55m3/h）DN100的不銹鋼管段的DN100彎頭數(shù)量為4個，阻力系數(shù)為1.13；空氣換熱器1個，壓損≤50Kpa；總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：59.16Kpa。

（2）空氣換熱器匯總前到空氣換熱器出口。

DN200的不銹鋼304管段最不利長度25m（流量220m3/h）DN200的不銹鋼管段的DN200電動閥1個，阻力系數(shù)0.3；DN200手動閥2個，阻力系數(shù)0.3；DN200彎頭3個，阻力系數(shù)1.13?？偹瑁ㄑ爻套枇?局部阻力/Kpa）：9.73Kpa。

（3）轉(zhuǎn)子換熱器的進(jìn)口到轉(zhuǎn)子換熱器出口。

DN150的不銹鋼304管段最不利長度20m（流量130m3/h）DN150的不銹鋼管段的DN150電動1個，阻力系數(shù)0.3；DN150手動閥2個，阻力系數(shù)0.3；DN150彎頭4個，阻力系數(shù)1.13；轉(zhuǎn)子換熱器1個，壓損≤1.5Kpa；總水阻（沿程阻力+局部阻力/Kpa）：13.74Kpa。

（4）潤滑油換熱器的進(jìn)口到潤滑油換熱器出口。

DN125的不銹鋼304管段最不利長度17m（流量90m3/h）DN125的不銹鋼管段的閥門、彎頭如下表：

表3 DN125的不銹鋼管段的閥門、彎頭

5.系統(tǒng)的靜壓。

空氣換熱器進(jìn)水口處于系統(tǒng)供水的最高點(diǎn)取總的靜壓約：60Kpa；定子換熱器進(jìn)水口高約1.9m，取基礎(chǔ)標(biāo)高不大于0.5m，水池液面-0.3m則取靜壓約：27Kpa；轉(zhuǎn)子換熱器進(jìn)水口高約1.9m，取基礎(chǔ)標(biāo)高不大于0.5m，水池液面-0.3m則取靜壓約：27Kpa；潤滑油換熱器進(jìn)水口高約2.7m，取基礎(chǔ)標(biāo)高不大于0.5m，水池液面-0.3m則取靜壓約：35Kpa。

三、結(jié)論

綜上得出：

第一，調(diào)相機(jī)空氣換熱器環(huán)路的總水阻：

第二，調(diào)相機(jī)定子換熱器環(huán)路的總水阻：

第三，調(diào)相機(jī)轉(zhuǎn)子換熱器環(huán)路的總水阻：

第四，調(diào)相機(jī)潤滑油換熱器環(huán)路的總水阻：

四、設(shè)備選型建議

通過上述水阻計(jì)算可知，為防止水阻過大，在現(xiàn)場加裝循環(huán)水池過濾裝置時，其用于過濾的格柵的網(wǎng)孔尺寸不可過小，否則影響調(diào)相機(jī)外冷水系統(tǒng)對整個調(diào)相機(jī)設(shè)備的冷卻能力，通過采用2mm孔徑的不銹鋼過濾網(wǎng)，調(diào)相機(jī)系統(tǒng)工程循環(huán)水池過濾裝置在后續(xù)正式工作中，可以滿足系統(tǒng)水阻要求，過濾裝置的水體過濾效果達(dá)到了預(yù)期的工作目標(biāo)。