火力发电厂循环水泵的选型与运行

第32卷第2期红水河VolL.32,No.22013年4月HongShui RiverApr.2013火力发电厂循环水泵的选型与运行廖培山(广西电力工业勘察设计研究院,广西南宁530023)摘要:文章对目前火电厂常用的水泵进行分类，并分别介绍它们的主要性能。说明水泵并联工作及叶轮切削的特点,最后给出了水泵流量及扬程的计算方法。关键词:水泵;性能;特性;造型;火力发电厂中国分类号: TH31文献标识码: B文章编号: 1001- 408X(2013)02- -0107 061水泵的定 义及分类空气扬水机)。1.1水泵的定义2叶片 式水泵的基本性能参数及特性水泵是输送和提升液体的机器。水泵把原动机曲线的机械能转化成被输送液体的能量,使液体获得动2.1叶片式水泵的基本性能参数能或势能。叶片式水泵的基本参数有流量(Q)、扬程(H)、1.2 水泵的分类轴功率(N)、效率( η)、转速(n)及允许吸上真空高水泵可分为叶片式水泵、容积式水泵及其他类度(H)或必需气蚀余量(NPSHr)等六个。型水泵三种。(1) 叶片式水泵:它对液体的压送是靠装有叶2.2叶片 式水泵的特性曲线片的叶轮高速旋转而完成的。这是我们在工程设计在水泵的六个基本参数中,选定转速(n)为常中应用最为广泛的水泵。叶片式水泵又可分为离心量,然后列出扬程(H)、轴功率(N)效率( η)、转速泵轴流泵及混流泵等三种。(n)及允许吸上真空高度(H,) 或必需气蚀余量离心泵:径向流的叶轮称为离心泵。液体质点(NPSHr)等随流量( Q)的变化而变化的函数关系式:在叶轮中流动时主要受到的是离心力作用。H=f(Q);N=R(Q) ;H(NPSHr)= ψ(Q); η= φ(Q)。轴流泵:轴向流的叶轮称为轴流泵。液体质点如果把这些关系用曲线的方式来表示，以流量在叶轮中流动时主要受到的是轴向斜力的作用。(Q)为 横坐标,分别以扬程(H)、轴功率(N)、效率混流泵:斜向流的叶轮称为混流泵。它是前两( η)转速(n)及允许吸上真空高度(H)或必需气蚀种叶轮的过渡形式,这种水泵液体质点在叶轮中流余量(NPSHr)等为纵坐标,得出的曲线称为水泵的特动时既受到离心力作用,又受到轴向升力的作用。性曲线，俗称水泵的4大特性曲线。如图1~2。(2)容积式水泵 :它对液体的压送是靠泵体工作室容积的改变来完成的。而使工作室容积改变的3水泵的相似定律及相似准数式有往复式运动和旋转运动两种。3.1水泵的相似定律(3)其他类型水泵 :这类水泵是指除叶片式水第一相似定律:确定两台在相似工况下运行的泵和容积式水泵以外的特殊水泵,这一类水泵主要水泵流量之间的关系有螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵(又称中国煤化工MHCNMH G收稿日期: 2012-10-29作者简介:廖培山(1963-),男(壮族),广西贵港人,高级工程师,学士,主要从事大力发电厂水工设计工作,Ealil:ipe.o.o.107红水河2013年第2期f =x(_)7860第二相似定律:确定两台在相似工况下运行的H 30水泵扬程之间的关系:3380其=λ(卫)1880nm1050 5第三相似定律:确定两台在相似工况下运行的水泵轴功率之间的关系:70~nm3.2相似定律的特例一 比例律R3010h-;;=(L);N:=(0) .135nQ/m°.s+图1混流泵性能 曲线图4(? 300-H衣290曹802-η6o生Q-P50里200015008旦I Q-(NPSHr)1000量17咖.4智Q/m3.s-t围2离心泵性能 曲线图在水泵的实际应用中,比例律是很有用的。它水泵Q~H曲线上各点，表示当转速n--定时，.反映出转速改变时水泵性能变化的规律。最常见的效率η不同时各点的流量Q与扬程H之间的变化应用是如下:已知水泵转速为n时的(Q~H);曲线，关系;相似抛物线上各点,则是表示当转速n各不相但所需工况点并非在该特定曲线之上,而在坐标点同，而效率η相等各点的流量Q与扬程H之间的A2(Q2, H)处,此时水泵的转速n2可根据比例律求变化关系。解。另外,尚可根据转速n时的(Q~H)曲线,应用3.3水泵的相似准数一比转速(n,)比例律画出转速m时的(Q~H)2 曲线。由于告=水泵的相似准数又称为叶片泵的比转速(n),H2是一个能够反映叶片泵共性的综合性特征数。该特(出)只,而是=些,故景=(号)r征数是水泵规格化的基础。n2'令告=(是)=k,则H= kQ。3.3.1比转速 的定义模型泵的定义:在最高效率下，当有效功率由H=kQ2可以看出,凡是符合比例关系的工况点,均分布在一-条以坐标原点为顶点的二次抛物线N=746W，扬中国煤化工0 - =0.075上。此抛物线称为工况相似抛物线,也称为等效率m/s，此时该CN M.S相似的实际曲线。泵的比转速n。，08廖培山:火力发电厂循环水泵的选型与运行3.3.2比转速公式表1水泵分类表水泵类型比转速n取值D/D? -=AX(具)(1)n,低比转速50-1002.5-3.0H =λ(且)2(2)水泵分类离心泵正常转速100200_2.0H,n。高比转速200-350 1.4-1.8(3)混流泵350-5001.1-1.2由()整理得:\=(出]v是轴流泵500-12000.80将式(2)代人式(1)并整理得:n=n( )D (告)阳其中D。为叶轮内径, D2为叶轮外径。(4)(4)比转速 n,不同,反映了水泵特性曲线的形将H=1 m, Q_=0.075 m/s代人式(4)得:状也不同,我们可以将各种不同n的的特性曲线用相3.65nVQn22 P对值为坐标,绘出H~Q、N~Qη ~Q三种特性曲线。3.3.3应用 比转速应注意的问题4切削叶轮改变水泵的性能应用n的计算公式时,应注意以下几个问题:(1) Q 和H是指水泵最高效率时的流量和扬(1)切削叶轮就是把水泵 叶轮的切削得小一-程,也就是水泵的设计工况点。些。如果水泵叶轮的切削量控制在-定限度内时,则切(2)比转速n是根据所抽升液体的容重削前后水泵相应的效率可视为不变。即满足切削律:=1000 kg/m3得出的。抽升液体容重不同,n的公式8-:H=(Br:A=(B)也有所不同。(2) 常用叶轮切削限量:常用的叶轮切削限量(3) Q和 H是指单吸、单级泵的流量和扬程。如与水泵的比转速 n有关,详见表2。果是双吸泵，则公式中的Q值应采用水泵设计流量的-半;若是多级泵,H应采用每级叶轮相对应的扬程。裹2不同比转速的水泵允许的叶轮切削限 表(4)采用单位不同时 ,比转速的公式及数值也比转速n6(00| 350 350以上将有所不同。3.3.4对比转 速的讨论常见切削量2(1:0%(1) 对于一台水泵而言,比转速不是因次数,| 效率下降值每切削10%,效|每切削 4%,效它的单位是r/min。但是它并非实际的转速,只是用率下降1%来比较各种水泵性能的一个共同标准。 因此,n本身的单位含义无多大用处,在水泵性能参数中-般都(3)切削率的应用。未提及。①第-类问题:已知叶轮的切削量,求切削前后(2)比转速 n虽然是按相似关系,反实际的原水泵特性曲线的变化。这类问题就是已知水泵叶轮外径为B时的特性曲线及切削量,要求画出切削前， 3.65nV型泵抽象或模型后的转速，但由公式n= 365./2后的叶轮外径为 D'时水泵的特性曲线,即、N可以看出,比转速n中包含了实际泵的几个主要性~Qη~Q三大特性曲线。这类问题的解题要点是“选能参数Q、.H.n.7m值。因此n反映了实际水泵的主点、计算、定点连线”具体步骤如下:要性能。在已知Q~H曲线上进行先点(-般选5~6个从以上公式可以看出，当转速n- -定时,n,越点),每个点的流量为Q,,相应的扬程为H,直接利用大,表示这种水泵的流量越大,扬程越低, -般的轴切削律进行计算，即可计算出切削后与所选各点相流泵都是高比转速的;反之比转速n,越小,表示这对应的点的坐标值Q;及H/:种水泵的流量越小，扬程越高,-般离心泵如锅炉高Q'= Q,H!=(R )H;D压给水泵都是低比转速的。把以上各点(Q'4' )在已知的中国煤花工曲线所在(3)叶轮泵叶轮的形状 、尺寸、性能和效率都坐标系中点绘出点连起来,随比转速的变化而变化。使用比转速n公式,可对即得到切削后的IYH. CNMHG制Q:~N!叶片泵进行分类,见表1。曲线，Q!'~η!曲线则根据相应点等效率的规律绘制。109廖培山:火力发电厂循环水泵的选型与运行煤耗是有利的。如果设计单位对电厂的各种运行工流量越小。而且随着并联工作水泵台数的增多,每台况均刻意迎合,这样设计出来的方案表面上很合理,水泵的工况点会向扬程高(即流量减小)的一侧移但是由于机组人为地减小出力已导致其效率大大下动。并联工作的水泵台数过多,就可能使工况点偏移降,在这种情况下，无论循环水系统再怎么节能,整高效区的范围。因此并联工作的水泵台数不能过多。个电厂都是不经济的。因此给一个既不 合理也不经实际经验表明，单管系统并联工作的水泵台数不宜济的方案配备所谓最优配置,到头来只能事与愿违。超过4台。6水泵并联工作7水泵的吸水性能.6.1并联工作的定义水泵的吸水性能是指在抽水过程中泵内不产生多台水泵联系运行,通过母管共同的管网或用汽蚀情况下所允许的最大吸水高度或所需的最小淹没深度。用允许吸上真空H,或必需汽蚀余量NPSHr户输水的情况,称为水泵并联工作。表示。在实际工程应用中，在其他性能-一样的前提6.2水泵并联工作的特点下，必需汽蚀余量NPSHr越小,表示水泵的吸水性(1)可以增加供水 量,输水干管中的流量等于能越好,水泵房深度越小，因而水泵房的投资越小。各台并联水泵出水量之和。有时必需汽蚀余量NPSHr成为衡量水泵性能好坏(2)可以通过开停泵的台数来调节供水系统的重要参数。流量和扬程,以达到节能和安全供水的目的。8循环水泵的选型(3) 当并联工作的水泵中有-台损坏时,其它几台水泵可连续供水,因此水泵并联工作提高了供8.1 循环水泵性能参数和确定水系统运行高度的灵活性和供水的可靠性。8.1.1 流量Q6.3并联工作的图解法Q=Q+Q2+Q36.3.1水泵并联特性曲线的绘制式中Q-凝汽器冷 却水量, Q>=mD\(D\为凝汽要点:同扬程下的流量相加;两台同型号的水泵量,m为冷却倍率)。凝汽量-般由机并联工作的结果是在同- -扬程下对应的流量相叠加，务专业提供,冷却倍率m则通过优化为了绘制并联后的总和特性曲线,我们可以在单台水计算后确定。一般热季-个值,冷季泵的Q~H特性曲线上任取几个点,然后在相同的纵取另一个值;坐标值上反对应的流量加倍,取得相应各点,用光滑辅机用水量;的曲线所得各点连起来,就得到并联后的总和特性曲其他用水量,包括工业用水量、化水线。这种等扬程下流量叠加的原理称为横加法原理。专业用水量、暖通用水量、除灰用水6.3.2绘制管道系 统特性曲线量生活用水量等。根据水泵并联工作的水泵管道系统的布置,计8.1.2循环水泵的 扬程算管道系统的水头损失,绘制管道系统特性曲线,管8.1.2.1静扬程 H6道特性曲线与总和特性曲线相交于M点，则M点(1)直流供水系统。确定直流供水系统调和所就是水泵并联工作的工况点。应遵循的原则是:要最大限度地减少供水几何高度,通过M点作横轴的平行线,交单泵特性曲线于并保证主厂房不被洪水淹没。N点,N点即为并联工作时各单泵工作的工况点。采用直流供水系统的工程均要考虑利用-定数6.3.3水泵并联工作应注 意的问题量的虹吸作用以降低水泵的工作水头。水泵并联工作时,应注意以下几个问题:如图3所示，H=H-H2(1) 单泵工作时的功率大于并联工作时各泵式中H-- 静扬程,m;的功率。因此选配套电动机时应根据单泵单独工作H一虹吸井堰 上水位,m;时的功率来配套。H2一取水河段设计平均水位 , m。(2)- 台水泵单独工作时的流量，大于并联(2) 循环供水系统。带冷却塔的循环供水系统工作时每台水泵的流量。也就是说，两台水泵并联循环水量的静扬中国煤化工机械通风工作时其流量并非等于单泵工作时流量的两倍,而冷却塔时应为进YHCNMH G水面标高是略有减小。3) 并联工作的水泵的台数越多,所能增加的的差。如图4(机械迪风冷却哈),图5(目然通风冷却塔)所示。.11.红水河2013年第2期mmt圉3直流供水系统高程图團4机械通风冷却塔简圉286.80155 916循环水泵房冷却塔循环水泵159.70151.90WV 42000A151.80146.80 2400DN2400图5 自然通风冷却塔简图8.1.2.2系统的水头损失 EhH一 一水泵静扬程,m;系统的水头损失为系统的沿程损失与水头损失Eh- -系统全部水头损失,m。之和,大致包括以下几部分:-般地说，循环供水系统基本上均按- -机配两(1)取水头部及引水管 、进水间的水损失;泵的方式进行设置。热季时运行方式为- -机两泵或(2)水泵房内部及周围的水头损失;三泵，相应地循环水泵有个工况点(Q, H);冷季时(3)循环水管的水头损失;运行方式为两机配三泵或两机四泵(即一机两泵)。(4)主厂房内的水头损失(最 主要是凝汽器的相应地循环水泵也有个工况点(Q,H)。在循环水泵水头损失);的实际选型过程中，我们尽可能使上述两个工况点(5)冷却塔配水系统的水头损失。在同-条Q-H曲线上,并且都在高效区运行。这是8.1.2.3水泵的扬程H最为理想的状况。其他水泵的选型参考循环水泵,在供水系统的静扬程H与系统全部水头损失Eh此不再一- -罗列。之和,即为循环水泵的扬程,即参考文献:H= H+ Eh1]吴民强 泵与风机节能技术M北京:中国电力工业出式中H,一 -水泵扬程,m;版社,1998.Type Selection of Circulating Pump for Thermal Power PlantLIAO Pei- -shan(Guangxi Electric Power Industry Investigation Design and Research Inte.Gnanoxi; Nanning, 53023)Abstract: The paper lassifes the pumps commonly used in themal poYH中国煤化工their perfor-mances respectively. Besides, a description is made on the characteristCNMHGndthecttingfeature impeller, fnally, a method for calculating the pump flow and head is presented.Key words: water pump; performance ; charaterstics; pattem; themnal power plant