杭汽发真空冷却砂处理循环水系统设计存在的问题与分析

土木建筑学术文库第13卷2010 年杭汽发真空冷却砂处理循环水系统设计存在的问题与分析.汤侗李然(机械工业第四设计研究院)(河南智中建筑工程设计院)摘要冷却循环水系统设计中对于不同压力流量要求的用水点应该如何选择合适水泵来满足，选择不合适的水泵会带来怎样的问题，我们通过对中国重汽集团杭州发动机有限公司铸造厂搬迁改造项目砂处理工部循环水泵房的工况分析来具体讨论一下。关键词真空冷却混砂机 冷却循环水系统变频机组中国重汽集团杭州发动机有限公司铸造厂搬迁改造项目砂处理工部安装- - 台真空冷却混砂机。给排水专业需要提供循环冷却水，工艺专业所提资料要求流量350m2/h,压力0.40MPa。按照所提资料我专业选择流量365m/h、扬程0.52MPa、功率90kW、转速1450r/min.额定电流165安培的水泵两台(一用- -备)。设备安装完成进行试运行,循环水回水管阀门全开,按照离心泵开机原则进行闭阀启动,待水泵出口压力表达到0.5MPa时打开出水阀门，当出水阀门开启至30°时电流表显示电流已达到150安培。当出口阀门开至50°时已经超过了额定电流，再开大阀门则水泵配电柜开关过流自动保护跳闸。按照正常情况水泵出口阀门全开电流不应超过额定电流。由于配电柜内安装了软启动器,且工作正常，排除了电机启动时峰值电流过大引起开关跳闸的因素,则问题应出在水泵启动后实际出流量与设计出流量的差别上。现在我们来分析-下产生这种现象的原因。该设备共两个循环水用水点。-个是在4m平台上的板式换热器冷却循环水,其要求水量为320m/h,所需水压0.20 MPa。另-个为30m平台上的真空冷却罐冷却循环水，其要求水量为30m2/h,所需水压0.40MPa。所提资料为低位置用水点的水量,高位置用水点的压力,这样就导致水泵选型和工况不符的现象。那是怎么造成水泵电机过流的呢?n)| 0xU)Yo-%0-E s黑线一 水泵特性曲线蓝线-- 功辜曲线中国煤化工绿线一箐道特性曲线CNMHGI线-- 效率曲线0(n7h)图1430杭汽发真空冷却砂处理循环水系统设计存在的问题与分析图1为水泵的参数曲线，水泵特性曲线(Q -H) 与管道特性曲线(Q- Zh) 的交点即为水泵的工况点，即图中点M.此处的流量和扬程以及该点所对应的轴功率和效率为水泵实际工况。图中Hst为水泵净扬程(即水泵吸水水盘的设计水面与用水点最高水位之间的距离)其数值为30m为工艺资料中用水点的高度。而实际在第一层的4m平台上就有一个需要流量320 m/h的板式换热器，即实际Hst= -4m,与资料相差31m。由于Hs图It坐标降低，使得管道特性曲线整体下移为(Q←zh)'该曲线与水泵特性曲线交于A点。此点为现场水泵实际工况点，该点流量急剧增大、扬程变小、但e- -H特性曲线比较平滑，扬程减小的幅度较小，因此轴功率大增，以至轴功率超过所配电机的功率限额。由于水泵动力来源于电动机,水泵轴功率增大即电机输出功率增加，又因为电机输人电压为380V不变,则功率变大引起电流变大,使得水泵电机在使用时发生了过流的现象。为了使水泵正常使用且不超过额定工作电流，现场采取了关小回水阀门的方法，减小流量，降低了轴功率，也就降低了电流。通过实验发现回水阀门关闭60%的时候供水阀门全开电流表显示电流为145A,虽然不是最佳工作电流，但也维持在安全电流以内,且出水量仍能满足工艺专业的要求。为什么回水阀门关小不影响出流量而且使得电流维持在稳定范围内呢?根据图2我们能够看到，对于管道特性曲线,关小出水阀门相当于增加了管道的水力损失，特性曲线变陡，与水泵特性曲线相交于B点，该点所对应的水泵流量变小、扬程变大、轴功率变小。根据以上分析其电机电流变小。另外其流量减少是在A点的基础上, A点流量已经远远大于设计流量,在此基础上虽有所减小但其实际值还是可以满足使用要求的。但这样的方法建立在牺牲水泵效率的基础上。人为增加管道损失，改变水泵的工况点，使大量的功率耗费在阀门水力损失上,浪费了电能，是非常不经济的。↑QWGH几-《由)黑线一 -水泵特性曲线蓝线--功率曲线绿线一管道特性曲线| 红线一 -效奉曲线Pa(n?h)图2如果要从根本上改变此泵房水泵的运行工况，则要从水泵选型和配置上着手,按照实际情况应采取大流量低扬程水泵搭配高扬程低流量水泵使用，即一组流量343 m/h、扬程24m、功率45kW的DFG200-315( I )A/4/45水泵(-用一备)和一组量30 m2/h、 扬程48m、功率1IkW的DFG65- 400/4/11水泵(一用-备)。对应实际的两个工况点，根据不同的情况进行揩配使用。对于已建成的水泵房按照此方案进行改造其牵扯的内容旗花下变化、更换水泵及泵房内管道布置改变等。涉及专业比较多。能否不更抄中国煤化工;进行调整呢?THCNMH(首先考虑满足工艺板式换热器的要求。我们看看切削叶九心的口的。这需要计算原配置水泵的比转数。水泵此转数计算公式为:431土木建筑学术文库第12卷2010 年n, = 3.65(Q12)(H)(/)(1)式中, ns为比转速( r/min ); Q为水泵的流量( m'/s ); H为水泵扬程( m ); n为水泵的转速( r/min)。将原配置水泵参数带入式(1)得n, = 3.65 x 1450 x (630)121 (52)/)即n, =87.3。根据《水泵及水泵站》(第三版)中叶轮切削限量表中数据{2}该水泵的比转速在120- 60之间,所以叶轮切削百分数应在15%~20%之间。而我们需要切削后的扬程为0.24MPa。原配置水泵扬程0.52MPa.根据叶轮切削律: .H'IH=(D2'ID2)4式中，H'为叶轮外径切削为D.'时水泵扬程(MPa); D'为叶轮切削后外径(mm); H、D2为水泵叶轮外径切削前扬程和外径(单位同上)。可得如果要满足原配置水泵扬程由0.52 MPa 降至0.24MPa则该水泵叶轮被切削百分数为32%。是超出该比转速水泵叶轮切削限量范围的，无法满足动平衡要求。所以利用切削叶轮来达到目的是行不通的。即原配置水泵加装变频器能否满足降低扬程稳定流量的要求呢?变频器遵循水泵中的比例定律。Q1/Qz n/mzH)/H2=(n/n2)2(4)NINz=(n/n2)'式中: Q, H, N-转速n时的流量(m's),扬程(m),轴功率(kW)。2, H, N- -转速n2时的流量(m'/s)、 扬程(m)轴功率(kW )。由于系统最高用水点所需压力为0.40MPa,则将变频器定压值设置为0.40MPa。当只有板式换热器工作时，系统所需压力为0.20MPa, 流量为320 m'/h。 而变频器定压为0.40MPao根据公式(4)可知此工况下变频器将自动增大转速而达到增加扬程的目的,但同时也根据公式(3)水泵出流量也会随之增大，根据先前的分析此时水泵电机轴功率将增大，电机电流会超出额定范围引起过流停机。对以上问题的分析，我们可以看到能最有效满足设备冷却要求的方案就是采用大小水泵配合使用的方法。从中我们可以得出结论:在循环冷却水系统中，如果冷却水用水点不止-处而且每处的用水量及压力差别很大时则应该分开设置循环水泵，搭配使用。参考文献川姜乃昌,金锥.《水泵及水泵站》|M].3版中国建筑工业出版社, 46.中国煤化工MHCNMHG432