珠江電廠300MW機(jī)組循環(huán)水泵增流改造

摘　要：針對珠江電廠循環(huán)水泵供水不足、泵葉片強(qiáng)度不夠等問題，對循環(huán)水泵進(jìn)行了增流節(jié)能技術(shù)改造。在不改變原水泵配套電機(jī)、泵殼和管道等的條件下，將葉片安放角從原設(shè)計(jì)角度逆時(shí)針加大3°，且對葉片型面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚�，同時(shí)將原組合式葉輪結(jié)構(gòu)改為整體鑄造結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化葉輪加工工藝，通過這一系列的改進(jìn)達(dá)到了提高葉片強(qiáng)度，增加循環(huán)泵流量的目標(biāo)。試驗(yàn)證明，技術(shù)改造可提高電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平和安全可靠性，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 
    關(guān)鍵詞：循環(huán)泵；技術(shù)改造；增流；汽輪機(jī)  
    Flowincreasing retrofit of circulating water pumps for 300 MW generating units in Zhujiang Power Plant  
    ZAN Yuming  
    (Shenzhen Kingon(Group)Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518040，China)  
    Abstract：In view of the insufficient water supply and blade intensity of the circulating water pumps in Zhujiang Power Plant，the circulation water pumps were retrofitted with the aim of increasing flow and saving energy.Without changing the original motor，pump case and pipes，etc，the blade angle was increased by 3 degrees counterclockwise；the blade moulding surface was modified suitably；the combined type impeller was changed to monoblock cast impeller，and the manufacturing procedures for the impeller optimized.All these measures enhance the blade intensity and increase the flow of the circulating pumps，thus improving the economic efficiency and the reliability of the plant with significant economic benefit obtained.  
    Keywords：circulating pump；technical retrofit；flow increasing；steam turbine  
    珠江電廠4臺(tái)300 MW國產(chǎn)引進(jìn)型汽輪發(fā)電機(jī)組，配置了8臺(tái)1600HLB-16型立式混流泵，泵原始設(shè)計(jì)參數(shù)：流量19 600 m3/h，揚(yáng)程16.77 m，轉(zhuǎn)速370 r/min，水泵效率87％。電機(jī)額定參數(shù)：功率1 250 kW，電流158 A，電壓6 kV，頻率50 z，轉(zhuǎn)速370 r/min。由于珠江電廠使用的汽輪發(fā)電機(jī)組中的凝汽器面積與國產(chǎn)同類型機(jī)組相比相對偏小，冷凝效果較差，導(dǎo)致機(jī)組真空不夠，影響出力。另外，電廠使用的1600HLB-16循環(huán)泵葉輪為組合式結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低，在其葉片根部曾發(fā)生過裂紋和斷裂現(xiàn)象，泵的實(shí)際出力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。這些問題嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，且循環(huán)水泵是該電廠廠用電的主要消耗源之一，約占整臺(tái)機(jī)組廠用電量的20％，因此，對珠江電廠的循環(huán)水泵進(jìn)行增流改造，可提高排汽真空、運(yùn)行效率和安全可靠性，具有十分重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。  
    1循環(huán)水泵改造  
    由于循環(huán)泵體積大、質(zhì)量重、價(jià)格較貴，為增大流量而將葉輪殼體全部進(jìn)行改造，勢必造成很大浪費(fèi)。而且將殼體和葉輪全部重新設(shè)計(jì)制造后，泵的安裝尺寸、進(jìn)出口法蘭直徑等也發(fā)生變化，給安裝帶來極大不便。因此實(shí)際改造時(shí)，采用了殼體不動(dòng)，電機(jī)不換，僅改造葉輪的小改方案。具體要求如下：a)改造后的葉輪安裝時(shí)，與原葉輪完全互換，且泵的其它零部件不變動(dòng)；b)改造后的泵葉輪性能參數(shù)必須滿足原系統(tǒng)和原配電機(jī)不變的情況下，泵流量由原設(shè)計(jì)19.6×103m3/h，增加到 21×103～22×103 m3/h，保證電機(jī)不超功率；c)將組合式葉輪結(jié)構(gòu)改成整體鑄造葉輪結(jié)構(gòu)，提高葉片強(qiáng)度。  
    1.1葉輪水力技術(shù)改造  
    因?yàn)楦倪M(jìn)的要求是泵殼體不動(dòng)，只改進(jìn)葉輪，所以葉輪的設(shè)計(jì)受到原泵殼體幾何尺寸及流體力學(xué)特性限制，而且改造后流量大幅度增加，必然導(dǎo)致各過流通道內(nèi)流速明顯加大，水力損失也隨之增大。在此條件下，要保證水泵效率不下降，則必須采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化轉(zhuǎn)輪等過流通道，研究各過流部件的匹配關(guān)系，使水力損失最小，取得最佳性能。  
    為了增強(qiáng)泵葉片強(qiáng)度，改造時(shí)將原泵的組合式葉輪，改造成整體鑄造葉輪。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)確定新葉輪葉片安放角由原來的0°改為逆時(shí)針加大3°。葉片設(shè)計(jì)以相似換算法為基礎(chǔ)，經(jīng)過初步換算得到葉輪的軸面尺寸后，根據(jù)殼體和軸的尺寸對葉輪進(jìn)口頸部直徑和輪轂直徑進(jìn)行必要的修正。修正時(shí)兼顧提高泵的抗氣蝕性能，加大葉輪的進(jìn)口過流面積。修正后是否合理還要進(jìn)行軸面液流過水?dāng)嗝婷娣e變化規(guī)律檢查和方格網(wǎng)流線檢查。發(fā)現(xiàn)不合理現(xiàn)象再重新修正，再檢查，直到合理。葉輪的設(shè)計(jì)選用可靠的高效水力模型，模型的性能曲線如圖1，模型換算公式為： 
    式中：λ——放大系數(shù)，λ=4.1；  
    qV，p——實(shí)物泵的體積流量，m3/h；  
    qV，m——模型泵的體積流量，m3/h；  
    Hp——實(shí)物泵揚(yáng)程，m；  
    Hm——模型泵揚(yáng)程，m；  
    np——實(shí)物泵轉(zhuǎn)速，370 r/min；  
    nm——模型泵轉(zhuǎn)速，1 450 r/min；  
    ηp——實(shí)物泵效率，％；  
    ηm——模型泵效率，％。 
    1.2加工制造工藝優(yōu)化  
    由于高比轉(zhuǎn)速離心泵葉片為扭曲葉片，采用普通木模整體鑄造葉輪會(huì)產(chǎn)生較大偏差，葉輪過流面也較粗糙。因此，在制造改造后的循環(huán)泵葉輪時(shí)，采用不變形的塑料模。葉片模具的型面采用組合樣板嚴(yán)格檢查，保證符合設(shè)計(jì)要求。造型采用先進(jìn)的組合泥芯新工藝，型沙采用樹脂砂，以提高鑄件的幾何形狀精度和相對位置精度，降低表面粗糙度（Ra12.5～25）和減少原始不平衡。對不銹鋼鑄件進(jìn)行固溶化處理，提高機(jī)械性能，減少偏析，提高抗蝕能力。葉片型面全部進(jìn)行打磨拋光，粗糙度達(dá)到Ra3.2～6.3，提高效率。葉輪進(jìn)行嚴(yán)格靜平衡，葉片進(jìn)行無損探傷。  
    2改造后試驗(yàn)結(jié)果及分析  
    2.1試驗(yàn)結(jié)果  
    按照水泵試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對循環(huán)泵模型進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)循環(huán)水供水方式采用單元制，通過調(diào)整泵出口閥門調(diào)整循環(huán)水量。共測量了6個(gè)不同流量下的工況。模型泵試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，其中泵揚(yáng)程和泵效率計(jì)算公式如下： 
    式中：p1，p2——泵進(jìn)、出口壓力，Pa；  
    ρ——循環(huán)水密度，kg/m3；  
    g——重力加速度，9.81 m/s2；  
    v1，v2——泵進(jìn)、出口處流速，m/s；  
    ΔZ——泵出、入口壓力表高程差，m；  
    Pu——泵的有效功率，kW； 
    qV為泵體積流量，d1、d2為泵進(jìn)出口壓力表處直徑；Pu=ρgqVH/(3 600×1 000)，為泵的揚(yáng)程；Pa=Pd·ηd（聯(lián)軸器傳動(dòng)效率取1），Pd為電機(jī)輸入功率，ηd為電機(jī)效率。  
    根據(jù)上述模型換算公式（1）、（2）、（3）對表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，得到表4實(shí)物泵數(shù)據(jù)。表5為根據(jù)泵設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對表4數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，得到的生產(chǎn)廠家提供給電廠的+3°葉輪改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)。表6為廣東省電力試驗(yàn)研究所2001年對珠江電廠改進(jìn)后的2號循環(huán)泵進(jìn)行試驗(yàn)，得到的1600HLB-16型循環(huán)泵實(shí)測數(shù)據(jù)。  
    2.2試驗(yàn)分析 
    從表1、表5和表6數(shù)據(jù)看，2號泵改造后（＋3°葉輪）的流量、揚(yáng)程和效率基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，泵高效運(yùn)行范圍大約在21×103～22×103 m3/h之間，達(dá)到了改造協(xié)議中“泵效率不低于80％”的要求。同時(shí)，泵高效運(yùn)行范圍也變寬，向著大流量方向移動(dòng)，在揚(yáng)程相同的情況下，改進(jìn)后的泵流量比原設(shè)計(jì)額定流量（19.6×103 m3/h）增加了2 000～2 500 m3/h，因此，改進(jìn)后循環(huán)泵可長期處于高效范圍運(yùn)行。試驗(yàn)得到的循環(huán)泵效率比原設(shè)計(jì)87％要低，其原因：由于改造之前對葉輪室進(jìn)行了切削，本次改造只是對葉輪進(jìn)行改造，未對葉輪室進(jìn)行相應(yīng)改造，使得葉輪葉片進(jìn)口端一部分伸在葉輪與葉輪室配合之外，大大增加了葉輪室容積損失，從而降低了水泵效率。此外，葉輪室入口直徑原設(shè)計(jì)為1.13 m，進(jìn)入葉輪的水流速度為6.65 m/s，如此大流速的水柱撞擊不在葉輪室內(nèi)的葉片邊，反撞水流與進(jìn)口水流共撞，產(chǎn)生紊流和旋渦，從而使葉片入口水流流態(tài)變壞，導(dǎo)致水泵水力效率降低，水泵總效率降低5％～6％。  
    改造后在保證電機(jī)不超過額定電流的同時(shí)提高循環(huán)泵流量，并且能使循環(huán)泵運(yùn)行在高效率區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)冬季額定負(fù)荷下采用三泵兩機(jī)，夏季額定負(fù)荷下采用四泵兩機(jī)運(yùn)行。以每年運(yùn)行7 000 h計(jì)算：改進(jìn)前因循環(huán)水量不足，為保證真空，冬季四泵兩機(jī)運(yùn)行，改進(jìn)后則三泵兩機(jī)運(yùn)行。四泵兩機(jī)比三泵兩機(jī)每臺(tái)機(jī)組每小時(shí)多耗廠用電600 kWh，一年折合人民幣36萬元。另外，循環(huán)水量增加，改善了凝汽器真空，同等煤耗情況下，增加機(jī)組靜出力，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。  
    3結(jié)論  
    珠江電廠2號循環(huán)泵葉輪改造，采用整體鑄造的不銹鋼葉輪，改進(jìn)加工工藝，優(yōu)化葉輪型線，葉片安放角從原設(shè)計(jì)角度逆時(shí)針加大3°，保證電機(jī)不超過額定電流而提高了循環(huán)泵流量，且使循環(huán)泵運(yùn)行在高效率區(qū)內(nèi)。試驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)行情況表明，2號循環(huán)泵葉輪改造是比較成功的，它不僅解決了實(shí)際運(yùn)行循環(huán)水量偏小影響冷凝器真空的狀況，而且改進(jìn)后節(jié)能效果顯著，保證葉輪安全可靠運(yùn)行。其改造的成功經(jīng)驗(yàn)，不僅為珠江電廠其它循環(huán)泵改造提供了依據(jù)，同時(shí)為類似循環(huán)泵改造提供了成功經(jīng)驗(yàn)。  
    參考文獻(xiàn)  
    ［1］李興平，宋濤，潘持平，等.300 M機(jī)組斜流式循環(huán)水泵改造[J].中國電力，2000，33(10)：23—26  
    ［2］肖興和，佛鐵梁，肖秀媛，等.永濟(jì)熱電廠32SA-19A循環(huán)水泵節(jié)能技術(shù)改造[J].中國電力，2001，34(9)：23—25.