离心泵叶轮车削节能效果在实践中的应用

王忠成

(大唐国际张家口发电厂，河北 张家口 075000)

1 水泵叶轮车削理论的提出背景

张家口发电厂氢冷升压泵和一期机组的凝升泵在基建时选型偏高，存在较大裕量，运行中通过阀门调节流量以适应系统需求，增大了节流调节和厂用电量损失。

根据近几年的运行数据，确定出氢冷升压泵和凝升泵运行中所需的最大流量和压力后，可通过车削水泵叶轮，满足以最低耗电量达到最佳匹配的系统需求。

2 水泵叶轮车削理论

2.1 叶轮车削前后参数与叶轮直径关系

叶轮车削后几何形状变化不大时，可认为车削后出口角仍保持不变，流动状态也相似，运用相似定律对车削前后的参数进行计算。

对于低比转速的离心泵 (ns为30～80)，叶轮车削后外径稍有变化，其出口宽度变化不大，可忽略不计。若转速保持不变，仅叶轮外径由D变为D'时，其流量、扬程和功率的关系如下。

对于中、高比转速的离心泵 (ns为80～350)，叶轮车削后出口宽度变大，与直径变化成反比，其流量、扬程和功率的关系如下［1］。

2.2 水泵叶轮车削量与比转速的关系

叶轮车削前后的流量和扬程比比值不变，泵的H－qv性能曲线向下平移。图1中曲线Ⅰ和Ⅱ分别为水泵叶轮车削前后的性能曲线。Ⅰ中AB为车削前降低效率Δη后的工作段;Ⅱ中CD为车削后降低效率Δη后的工作段;ABCD围成的四边形称为车削允许扩大的工作范围，在此范围内任一点工作，其效率下降为5%～10%。改变叶轮外径可改变泵性能，但不可超出其性能范围。可知叶轮外径的最大允许车削量与比转速有关 (见表1)。

图1 水泵叶轮车削前、后的性能曲线

表1 最大车削量与比转速的关系［2］

2.3 叶轮车削量与效率的关系

离心泵的效率是泵的有效功率Ne和轴功率Nz的比值。由于泵内存在各种损失，泵有效功率总小于轴功率，故泵效率总小于1。只有尽可能减少泵内各种损失，才能提高泵效率。

泵内损失可分为机械损失、容积损失和水力损失［3］。叶轮车削后，对容积损失、水力损失影响较小，对机械损失影响较大。机械损失由2部分组成:轴承和轴封磨擦损失 (因叶轮车削不涉及水泵转速，故上述损失可视为常量);圆盘摩擦损失(离心泵叶轮在充满液体的泵壳内旋转时，叶轮外表面与液体存在摩擦损失，主要是圆盘摩擦损失，低比转速的离心泵圆盘摩擦损失所占比重更大。当比转速ns为30时，圆盘摩擦损失接近于有效功率的30%)。

实践表明，ns小于200的泵采用表1车削叶轮外径时，泵效率基本不变。例如比转速ns为60～120的泵，叶泵外径小于0.9 D时 (D为车削前叶轮外径)，泵效率几乎不变，试验性能曲线与计算值基本相同。但当车削叶轮直径至 (0.9～0.8)D时，泵效率下降1%左右，试验性能曲线较计算值低。ns小于60的泵少量车削叶轮直径可使泵效率略有提高。应该注意的是，表1中给定的数据，为允许车削叶轮直径的最大值，非最佳值。当车削量接近这些值时，泵效率明显降低，试验性能曲线与计算值差距较大。因而在进行水泵叶轮车削时，要充分考虑叶轮车削各个参数变化情况，使车削节能最大、效率损失最小。

2.4 水泵叶轮车削时注意事项

a． 低转速的泵叶轮车削后要进行静平衡试验;高转速的泵叶轮车削后要进行动、静平衡试验［4］。

b． 对于分段式多级离心泵，车削时应保留其前后盖板，只车削叶片，以避免因导叶内径和叶轮外径之间间隙过大而导致泵效率下降。

c． 对于混流泵，要把前后盖板车削成不同直径，即采用斜车削 (见图2(a));泵叶轮出口为斜口时采用平车削 (见图2(b))。

图2 混流泵常见的2种车削方式

d． 对于低比转速的泵，可考虑只车削叶片，不车削前后盖板，保持叶轮外径与导叶内径之间的间隙不变 (使液流有较好的引导作用)，圆盘磨损不变，效率下降。对于低比转速泵，是否需车削前后盖板要视情况而定。

e． 对于中比转速泵，一定要把叶轮前后盖板和叶片同时车削。

3 凝升泵叶轮车削在实践中的应用

3.1 凝升泵叶轮车削前的论证

3.1.1 叶轮车削后泵流量能否满足机组满负荷系统需求

机组负荷在220 MW以下时，凝升泵为停运状态，单靠凝结泵产生的压力就能克服系统阻力，保证系统凝结水流量，此时凝结泵出口压力可达1 MPa;机组负荷在220 MW以上时，启运凝升泵，凝结水系统压力升高，相对凝结泵提供的压力最少可降低0.9 MPa，凝结泵性能曲线工作点右移，输出流量增大至达到满负荷时所需流量。实际上只要凝升泵出口压力达到1.8～2 MPa，就能克服系统阻力，满足机组满负荷时的流量需求。因此叶轮车削不影响凝结水系统流量。

3.1.2 泵叶轮车削量的确定

由于凝升泵为中比转速，叶轮车削量一般要求不超过叶轮外径的15%，只有叶轮出口外缘处在叶轮室出口喉部位置，方可确定叶轮最大车削量，并通过计算确定车削后压力能否降低至2 MPa。实际机组满负荷运行时凝升泵出口压力为2.6 MPa，凝结泵出口凝结水通过高混至凝升泵入口时压力为0.8 MPa，可知凝升泵在叶轮车削前可使凝结水压力提高1.8 MPa，在不考虑凝升泵效率的情况下，可实现凝升泵出口压力由2.6 MPa降低至2 MPa(相当于凝升泵扬程降低1/3)。

表2 叶轮车削前后参数对比

3.1.3 车削后电机电流降幅

凝升泵运行时，凝结水系统流量靠调整门节流调节，凝升泵处于变工况运行状态，计算叶轮车削量与功率降幅时，需考虑系统管道节流问题，计算复杂，只能通过比较叶轮车削前后的实际电流得到电机电流降幅。

3.2 凝升泵叶轮车削方案

2号机2号凝升泵叶轮的初始外径为390 mm，在本次车削前已进行过1次30 mm的车削 (只进行了叶片车削)。

车削方案:叶轮固定在晃度小于0.05 mm的车床位置，采用平车削方法把叶轮外径车削至320 mm(包括叶轮两侧盖板)，由于叶轮圆周大量车削后两侧盖板及叶片出口厚度增大，为了消除其引起的叶轮出口与叶轮室交界处的严重涡流现象，对叶轮叶片单独半径方向再车削2 mm(保证叶片长度不小于230 mm)，对叶轮盖板出口边内侧进行20°～30°的倒角，对叶轮外侧盖板进行圆滑车削，使叶轮出口边盖板厚度为4～5 mm。

3.3 泵叶轮车削前后的参数对比

在相同机组负荷下，对叶轮车削前后参数进行对比，详细数值见表2。

由表2可见，凝结泵和凝升泵的电动机电压均为6 kV，机组负荷为230 MW时，车削后凝结泵、凝升泵电流共下降15.5 A;机组负荷为300 MW时，凝结泵、凝升泵电流共下降12.9 A。

机组负荷为300 MW时，车削后凝结水流量为765 t/h，凝升泵出口压力为2.05 MPa，调整门开度为45.6%;若开大调门至53%时，凝结水流量为822 t/h(满量程)，凝升泵出口压力为1.87 MPa，满足机组通流改造后320 MW负荷的工况。

4 氢冷升压泵叶轮车削在实践中的应用

4.1 氢冷升压泵叶轮车削前的论证

氢冷升压泵是为发动机的氢气冷却器提供压力冷却水的辅助设备，为10SH－13型中开式离心泵，额定扬程为23.5 m，配用电动机功率为54 kW，电动机电源电压为380 V，泵的入口循环水压力为0.15 MPa，运行时泵出口压力可达0.4 MPa，系统所消耗阻力损失为16 m的高度势能损失、氢气冷却器的管束阻力损失、管道系统的延程阻力损失等之和，总损失为泵出口压力的一半。在实际运行中，由于冷却水量过大，关小泵出口门限制流量的方法易造成节流损失，此时氢冷升压泵可实现叶轮车削节能。

4.2 氢冷升压泵叶轮车削方案

根据氢气冷却器在夏季机组满负荷运行时所需的冷却水参数，对6号机2号氢冷升压泵的叶轮进行车削。运用叶轮车削定律进行计算后，2号氢冷升压泵的叶轮外径由292 mm车削至270 mm，具体车削工艺与凝升泵叶轮车削相同。

4.3 泵叶轮车削后取得的节能实效

叶轮车削后，泵的额定扬程由23.5 m降低至20.3 m，由于氢冷升压泵的流量根据气温和机组负荷的变化而改变，取同一季节1周的时间段，电动机的平均电流降低了16 A。

［1］ 郭立君．泵与风机［M］．北京:中国电力出版社，1997．

［2］ 侯文纲．工程流体力学泵与风机［M］．北京:水利电力出版社，1985．

［3］ 高澍芃．汽轮机设备检修技术问答［M］．北京:中国电力出版社，2004．

［4］ 郭延秋．大型火电机组检修实用技术丛书汽轮机分册［M］．北京:中国电力出版社，2003．