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电厂300MW机组循环水泵增流改造

水泵原理 卧泉泵业 676浏览 0评论

电厂4台300 MW国产引进型汽轮发电机组,配置了8台立式混流泵,泵原始设计参数:流量19 600 m3/h,扬程16.77 m,转速370 r/min,水泵效率87%。电机额定参数:功率1 250 kW,电流158 A,电压6 kV,频率50 z,转速370 r/min。由于电厂使用的汽轮发电机组中的凝汽器面积与国产同类型机组相比相对偏小,冷凝效果较差,导致机组真空不够,影响出力。另外,电厂使用的循环泵叶轮为组合式结构,强度低,在其叶片根部曾发生过裂纹和断裂现象,泵的实际出力达不到设计要求。这些问题严重影响机组安全经济运行,且循环水泵是该电厂厂用电的主要消耗源之一,约占整台机组厂用电量的20%,因此,对电厂的循环水泵进行增流改造,可提高排汽真空、运行效率和安全可靠性,具有十分重大的经济价值和社会效益。

1循环水泵改造

由于循环泵体积大、质量重、价格较贵,为增大流量而将叶轮壳体全部进行改造,势必造成很大浪费。而且将壳体和叶轮全部重新设计制造后,泵的安装尺寸、进出口法兰直径等也发生变化,给安装带来极大不便。因此实际改造时,采用了壳体不动,电机不换,仅改造叶轮的小改方案。具体要求如下:

a)改造后的叶轮安装时,与原叶轮完全互换,且泵的其它零部件不变动;

b)改造后的泵叶轮性能参数必须满足原系统和原配电机不变的情况下,泵流量由原设计19.6×103m3/h,增加到 21×103~22×103 m3/h,保证电机不超功率;

c)将组合式叶轮结构改成整体铸造叶轮结构,提高叶片强度。

1.1叶轮水力技术改造

因为改进的要求是泵壳体不动,只改进叶轮,所以叶轮的设计受到原泵壳体几何尺寸及流体力学特性限制,而且改造后流量大幅度增加,必然导致各过流通道内流速明显加大,水力损失也随之增大。在此条件下,要保证水泵效率不下降,则必须采用先进的设计方法,优化转轮等过流通道,研究各过流部件的匹配关系,使水力损失最小,取得最佳性能。

为了增强泵叶片强度,改造时将原泵的组合式叶轮,改造成整体铸造叶轮。结合实验与经验确定新叶轮叶片安放角由原来的0°改为逆时针加大3°。叶片设计以相似换算法为基础,经过初步换算得到叶轮的轴面尺寸后,根据壳体和轴的尺寸对叶轮进口颈部直径和轮毂直径进行必要的修正。修正时兼顾提高泵的抗气蚀性能,加大叶轮的进口过流面积。修正后是否合理还要进行轴面液流过水断面面积变化规律检查和方格网流线检查。发现不合理现象再重新修正,再检查,直到合理。叶轮的设计选用可靠的高效水力模型,模型的性能曲线,模型换算公式为:

式中:λ——放大系数,λ=4.1;

qV,p——实物泵的体积流量,m3/h;

qV,m——模型泵的体积流量,m3/h;

Hp——实物泵扬程,m;

Hm——模型泵扬程,m;

np——实物泵转速,370 r/min;

nm——模型泵转速,1 450 r/min;

ηp——实物泵效率,%;

ηm——模型泵效率,%。

1.2加工制造工艺优化

由于高比转速离心泵叶片为扭曲叶片,采用普通木模整体铸造叶轮会产生较大偏差,叶轮过流面也较粗糙。因此,在制造改造后的循环泵叶轮时,采用不变形的塑料模。叶片模具的型面采用组合样板严格检查,保证符合设计要求。造型采用先进的组合泥芯新工艺,型沙采用树脂砂,以提高铸件的几何形状精度和相对位置精度,降低表面粗糙度(Ra12.5~25)和减少原始不平衡。对不锈钢铸件进行固溶化处理,提高机械性能,减少偏析,提高抗蚀能力。叶片型面全部进行打磨抛光,粗糙度达到Ra3.2~6.3,提高效率。叶轮进行严格静平衡,叶片进行无损探伤。

 

2改造后试验结果及分析

2.1试验结果

按照水泵试验标准,对循环泵模型进行了试验。试验时循环水供水方式采用单元制,通过调整泵出口阀门调整循环水量。共测量了6个不同流量下的工况。模型泵试验数据见表3,其中泵扬程和泵效率计算公式如下:

式中:p1,p2——泵进、出口压力,Pa;

ρ——循环水密度,kg/m3;

g——重力加速度,9.81 m/s2;

v1,v2——泵进、出口处流速,m/s;

ΔZ——泵出、入口压力表高程差,m;

Pu——泵的有效功率,kW;

qV为泵体积流量,d1、d2为泵进出口压力表处直径;Pu=ρgqVH/(3 600×1 000),为泵的扬程;Pa=Pd·ηd(联轴器传动效率取1),Pd为电机输入功率,ηd为电机效率。

根据上述模型换算公式(1)、(2)、(3)对表3中的数据进行换算,得到实物泵数据。根据泵设计经验,对数据进行修正,得到的生产厂家提供给电厂的+3°叶轮改进设计参数。电力试验研究所2001年对电厂改进后的2号循环泵进行试验,得到的循环泵实测数据。

2.2试验分析

2号泵改造后(+3°叶轮)的流量、扬程和效率基本上达到了设计的要求,泵高效运行范围大约在21×103~22×103 m3/h之间,达到了改造协议中“泵效率不低于80%”的要求。同时,泵高效运行范围也变宽,向着大流量方向移动,在扬程相同的情况下,改进后的泵流量比原设计额定流量(19.6×103 m3/h)增加了2 000~2 500 m3/h,因此,改进后循环泵可长期处于高效范围运行。试验得到的循环泵效率比原设计87%要低,其原因:由于改造之前对叶轮室进行了切削,本次改造只是对叶轮进行改造,未对叶轮室进行相应改造,使得叶轮叶片进口端一部分伸在叶轮与叶轮室配合之外,大大增加了叶轮室容积损失,从而降低了水泵效率。此外,叶轮室入口直径原设计为1.13 m,进入叶轮的水流速度为6.65 m/s,如此大流速的水柱撞击不在叶轮室内的叶片边,反撞水流与进口水流共撞,产生紊流和旋涡,从而使叶片入口水流流态变坏,导致水泵水力效率降低,水泵总效率降低5%~6%。

改造后在保证电机不超过额定电流的同时提高循环泵流量,并且能使循环泵运行在高效率区内,实现冬季额定负荷下采用三泵两机,夏季额定负荷下采用四泵两机运行。以每年运行7 000 h计算:改进前因循环水量不足,为保证真空,冬季四泵两机运行,改进后则三泵两机运行。四泵两机比三泵两机每台机组每小时多耗厂用电600 kWh,一年折合人民币36万元。另外,循环水量增加,改善了凝汽器真空,同等煤耗情况下,增加机组静出力,提高机组的经济性。

3结论

电厂2号循环泵叶轮改造,采用整体铸造的不锈钢叶轮,改进加工工艺,优化叶轮型线,叶片安放角从原设计角度逆时针加大3°,保证电机不超过额定电流而提高了循环泵流量,且使循环泵运行在高效率区内。试验与实际运行情况表明,2号循环泵叶轮改造是比较成功的,它不仅解决了实际运行循环水量偏小影响冷凝器真空的状况,而且改进后节能效果显著,保证叶轮安全可靠运行。其改造的成功经验,不仅为珠江电厂其它循环泵改造提供了依据,同时为类似循环泵改造提供了成功经验。

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