电厂离心式水泵节能改造技术探析及应用实例

宋同辉，刘 刚，赵 晨，严宏园

(安徽华电芜湖发电有限公司，安徽 芜湖 241000)

某电厂1000 MW机组凝汽器循环水采用江水直流冷却，由于江水含泥沙量较大，循环水泵导轴承易磨损，因此3台循环水泵各配备2台冷却水泵，用以给循环水泵导轴承进行冲沙、润滑。在循环水泵运行时，采用工业水持续冲沙、润滑导轴承，防止江水润滑易于磨损的情况发生。同时该冷却水泵对循环水泵电机冷风器进行冷却。

该冷却水泵为立式离心式管道泵。该泵在基建调试至今一直存在电机电流过高，达40 A，严重超过报警值，有时甚至出现过载跳闸的现象，同时就地检查电机噪音较大，电机外表面温度达58 ℃。为了降低电机运行电流，一直采用水泵出口阀门节流方式运行，节流量已达到最低流量要求，但仍然存在电机过载现象。水泵技术参数见表1。

1 原因分析

经查阅循环水泵电机冷风器及循环水泵导轴承所需冷却水资料，要求如表2所示。

由表1和表2对比可知，实际流量仅需24+15=39 m3/h；且将所需压力换算为扬程后，实际所需扬程仅约15 m。

由以上分析可得，该冷却水泵选型流量及扬程富余量较大。且根据水泵在出口门关闭情况下依然超电流，可分析该泵电机配型功率偏小，进而导致水泵过电流运行。

表1 水泵技术参数

表2 冷却水参数要求

因此该冷却水泵可通过降低泵出力来达到降低电机电流的方式进行改造，有较大的节能和安全改善空间。

2 节能改造技术选择

常用的降低离心式水泵出力性能的方法如下。

a.调节水泵出口隔离门的开度，这种调节方法简单，但隔离门在部分开度情况下，节流损失较大，节能效果差。

b.加装电机变频器或永磁调速的技术，通过调节电机转速来达到水泵出力的调节。但该技术经济投资大、技术复杂、维护成本高。一般变频器和永磁调速器的费用高达几十万元甚至上百万元，再加上后续的维护检修成本，投资更大[1]。

c.车削叶轮外径[2]。利用离心式水泵叶轮在最大允许车削量范围内，相应工况点效率基本不变的特性，适量切削叶轮外径，降低泵轴、电机功率消耗及出口扬程、流量等技术参数。

由于该冷却水泵扬程、流量富余量较大，经调研论证可通过加工车削水泵叶轮的方式，降低水泵扬程和出力，来达到节能、降噪、安全运行的效果。

3 改造过程

3.1 叶轮车削直径确定

根据切割定律[3]，可以通过切削叶轮来调节泵的性能参数。但车削水泵叶轮时必须要保证水泵效率基本不变，否则可能会更为不节能。在保证泵效率的前提下，车削量与泵自身的比转速ns有关。现定义叶轮最大允许相对车削量：

(1)

式中：D′、D分别为叶轮车削后与车削前的直径。

根据文献[4]介绍，比转速ns与最大允许相对车削量的关系如表3所示。

表3 比转速与相对车削量关系

泵的比转速为

(2)

式中:n为水泵转速，r/min；Q为水泵流量，m3/s；H为水泵扬程，m。

该泵转速n为2970 r/min，经计算，比转速为45。查表3，最大允许车削量为20%。解体测量泵叶轮直径D=348 mm，故最大允许车削量为348×0.2≈70 mm。

而水泵流量、扬程、轴功率(P)与叶轮外径存在如下关系[5]：

(3)

按最小许可流量39 m3/h计算，D′=246.8 mm，得叶轮车削量为D-D′=348-246.8≈101 mm；

按最小许可扬程15 m计算，D′=227.9 mm,得叶轮车削量为D-D′=348-227.9≈101 mm；

按正常运行电流28 A计算，D′=308 mm，得叶轮车削量为D-D′=348-308=40 mm；

根据以上计算结果及最大允许车削量70 mm，选择车削量以轴功率即电流参数为基准，车削量为40 mm。

3.2 验算车削改造后的水泵性能参数

根据叶轮外径车削量30 mm计算，车削改造后水泵流量Q′=48.7 m3/h，扬程H′=27.4 m，运行电流I′=27.7 A，比转速ns=49.7。

叶轮车削改造前后性能参数对比如表4所示。

表4 叶轮车削改造前后性能参数对比

根据表4对比可见，叶轮经车削改造后性能参数均有所降低，特别是电流降低明显，降低了原运行电流的30%。

车削改造后水泵流量Q′=48.7 m3/h，满足最小流量39 m3/h要求；水泵扬程H′=27.4 m，满足最小扬程15 m要求；水泵电流I′=27.7 A，小于额定电流28.9 A；水泵比转速ns=49.7，与车削前比转速49相差较小，可完全满足水泵效率。

4 改造后水泵能耗及经济性对比

对比加装变频器或永磁调速器投资几十万元甚至上百万元，车削叶轮改造方式投资小，利润回收周期短，方法简便，且无后续附加的高昂维护费用。

5 结论

对该离心泵实施泵叶轮车削改造后，实际测得水泵运行电流25.3 A，水泵出口压力0.46 MPa，电机外表面温度48 ℃，电机噪音85 dB，均满足技术和噪声要求。改造后运行电流降低了12.3 A，降低了30%，节能效果明显。对该厂其他5台泵进行相同的改造，每台泵均达到了近似的效果。

由此可见，利用水泵的切割定律，解决泵流量、扬程富余及轴功率(运行电流)过大的问题是完全切实可行的方法，投资小，节能效果明显，方法简便，还可以达到降噪和改善电机运行安全性的效果，对电厂其他水泵、风机的节能改造具有较大借鉴和推广意义。