火力发电厂循环水泵的选型与运行

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1 水泵的定义及分类1.1 水泵的定义水泵是输送和提升液体的机器。水泵把原动机的机械能转化成被输送液体的能量，使液体获得动能或势能。

1.2 水泵的分类水泵可分为叶片式水泵、容积式水泵及其他类型水泵三种。

(1) 叶片式水泵：它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮高速旋转而完成的。这是我们在工程设计中应用最为广泛的水泵。叶片式水泵又可分为离心泵、轴流泵及混流泵等三种。

离心泵：径向流的叶轮称为离心泵。液体质点在叶轮中流动时主要受到的是离心力作用。

轴流泵：轴向流的叶轮称为轴流泵。液体质点在叶轮中流动时主要受到的是轴向斜力的作用。

混流泵：斜向流的叶轮称为混流泵。它是前两种叶轮的过渡形式，这种水泵液体质点在叶轮中流动时既受到离心力作用，又受到轴向升力的作用。

(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方式有往复式运动和旋转运动两种。

(3) 其他类型水泵：这类水泵是指除叶片式水泵和容积式水泵以外的特殊水泵，这-类水泵主要有螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵(又称空气扬水机)。

2 叶片式水泵的基本性能参数及特性曲线2.1 叶片式水泵的基本性能参数叶片式水泵的基本参数有流量(Q)、扬程(H)、轴功率(Ⅳ)、效率( )、转速(n)及允许吸上真空高度( )或必需气蚀余量(NPSm)等六个。

2.2 叶片式水泵的特性曲线在水泵的六个基本参数中，选定转速(n)为常量，然后列出扬程(H)、轴功率(v)、效率( )、转速(n)及允许吸上真空高度 (珏)或必需气蚀余量(NPSHr)等随流量(Q)的变化而变化的函数关系式：月r Q)；Ⅳ- Q)；H.(NPSHr)lf，(Q)；-q (Q)。

如果把这些关系用曲线的方式来表示，以流量(Q)为横坐标，分别以扬程(H)、轴功率(N)、效率( )、转速(n)及允许吸上真空高度( )或必需气蚀余量(NPSHr)等为纵坐标，得出的曲线称为水泵的特性曲线，俗称水泵的4大特性曲线。如图1～2。

3 水泵的相似定律及相似准数3.1 水泵的相似定律第-相似定律：确定两台在相似工况下运行的水泵流量之间的关系：收稿日期：2012-10-29作者简介：廖 (1963-)，男(壮族)，广西贵港人，高级工程师，学士，主要从事火力发电厂水工设计工作，E-mal：liaops###gxed.com。

107红水河2013年第2期 )第二相似定律：确定两台在相似工况下运行的水泵扬程之间的关系：昔 )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：：入 乓 -n3.2 相似定律的特例--比例律鲁詈；鲁 惫c )40《 30籁N-2010巳 9O70 糌 50狡30lO / / // //。

Q/m ·S-图 1 混流泵性能曲线图图 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。它反映出转速改变时水泵性能变化的规律。最常见的应用是如下：已知水泵转速为n 时的( H) 曲线，但所需工况点并非在该特定曲线之上，而在坐标点A：(Q2，H2)处，此时水泵的转速 n2可根据比例律求解。另外，尚可根据转速 n 时的( 日) 曲线，应用比例律画出转速 刀 时的 (Qt/) 曲线。由于 1-12(詈 而鲁詈，故鲁(鲁)令卺 ) k，则HkO2。

由HkO2可以看出，凡是符合比例关系的工况点，均分布在-条以坐标原点为顶点的二次抛物线上。此抛物线称为工况相似抛物线，也称为等效率曲线。

10887捌s5t簧量 料暴鲁 蟊榷水泵 QH曲线上各点，表示当转速n-定时，效率 不同时各点的流量Q与扬程H之间的变化关系；相似抛物线上各点，则是表示当转速n各不相同，而效率 相等各点的流量 Q与扬程 H之间的变化关系。

3.3 水泵的相似准数- 比转速(J18)水泵的相似准数又称为叶片泵的比转速(皿。)，是-个能够反映叶片泵共性的综合性特征数。该特征数是水泵规格化的基矗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Nu746W，扬程 Hml m，流量 Q. 7. 5Nu0.075m3/s，此时该模型泵的转数就叫做与之相似的实际泵的比转速 。

廖培山：火力发电厂循环水泵的选型与运行3.3.2 比转速公式人。(旦) (1)m 珥 (旦 )： (2)上1m n由式(2)整理得.A㈢、/芒 (3) V Hm黻(2) (1)并蝴 ： ( ) (鲁(4)将 1 m， 0.075 m3/s代人式(4)得：： .3.65nVQ-3.3.3 应用比转速应注意的问题应用JlB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程，也就是水泵的设计工况点。

(2) 比转速 Ⅱs是根据所抽升液体的容重1000 k咖 a得出的。抽升液体容重不同，珥的公式也有所不同。

(3) Q和H是指单吸、单级泵的流量和扬程。如果是双吸泵，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。

(4) 采用单位不同时，比转速的公式及数值也将有所不同。

3.3.4 对比转速的讨论(1) 对于-台水泵而言，比转速不是因次数，它的单位是r/min。但是它并非实际的转速，只是用来比较各种水泵性能的-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-般都未提及。

(2) 比转速 虽然是按相似关系，反实际的原型泵抽象或模型后的转速，但由公式n ；可以看出，比转速 中包含了实际泵的几个主要性能参数Q、H、n、 值。因此 JlB反映了实际水泵的主要性能。

从以上公式可以看出，当转速1-定时，珥越大，表示这种水泵的流量越大，扬程越低，-般的轴流泵都是高比转速的；反之比转速玛越小，表示这种水泵的流量越小，扬程越高，-般离心泵如锅炉高压给水泵都是低比转速的。

(3) 叶轮泵叶轮的形状、尺寸、性能和效率都随比转速的变化而变化。使用比转速 J1I公式，可对叶片泵进行分类，见表 1。

表 1 水泵分类衰水泵类型 比转速 取值 D低比转速 5O-10o 2.5～3.0离心泵 正常转速 10o-200 2.O 水泵分类高比转速 20o-350 1.4-1.8混流泵 35O-50o 1.1-1.2轴流泵 5OO-120o 0.8o其中D0为叶轮内径， 为叶轮外径。

(4) 比转速璃不同，反映了水泵特性曲线的形状也不同，我们可以将各种不同珥的的特性曲线用相对值为坐标，绘出H～Q、N～Q、'r/～q-l，特性曲线。

4 切削叶轮改变水泵的性能(1) 切削叶轮就是把水泵叶轮的切削得小-些。如果水泵叶轮的切削量控制在-定限度内时，则切削前后水泵相应的效.--f视为不变。即满足切削律：： ：旦 ：( )：： ：( )，Q H -(2) 常用叶轮切削限量：常用的叶轮切削限量与水泵的比转速珥有关，详见表2。

表2 不同比转速的水泵允许的叶轮切削限量衰比转速 60 120 20o 3oo 350 350以上常见切削量 20 15 1l 9 7 0%每切削10%，效 每切削4%，效 效率下降值率下降1% 率下降1%(3) 切削率的应用。

①第-类问题：已知叶轮的切削量，求切削前后水泵特性曲线的变化。这类问题就是已知水泵叶轮外径为 时的特性曲线及切削量，要求画出切削前后的叶轮外径为 时水泵的特性曲线，即H-Q、Ⅳ - Q、 ～Q三大特性曲线。这类问题的解题要点是选点、计算、定点、连线”具体步骤如下：在已知 Q-H曲线上进行先点 (-般选 5-6个点)，每个点的流量为 ，相应的扬程为日，直接利用切削律进行计算，即可计算出切削后与所选各点相对应的点的坐标值 及珏 ：n ， n ，- .LI2 Qi，Hi，( )珏把以上各点( ， )在已知的 QH曲线所在坐标系中点绘出来，并用光滑的曲线把各点连起来，即得到切削后的 -日 曲线，同理可以绘制 -曲线，Qf - 曲线则根据相应点等效率的规律绘制。

109红水河 2013年第2期②第二类问题：根据用户要求，水泵能在B点工作，流量为 QB，扬程为 HB，均小于水泵 QH曲线上的O及 H值。采用切削法，使水泵叶轮切削后的特性曲线通过B点，要求切削量及切削后水泵的叶轮直径 D2 。

这类问题的解题思路是：将 (QB，HB)代人 H， ，求出K值，绘制 H'KQ 曲线，交原水泵特性曲线于A点( ，HA)，此点即为切削后的工况点(QB，HB)的对应点，通过A、B两点换算即可求得切削率。

5 改变转速对水泵性能的影响根据公式 生 ； Hi(堕 ) ； (盟 )∩I n2 /-/2 N2 2 N2知，水泵流量与转速成正比；水泵扬程与转速的平方成正比；轴功率与转速的三次方成正比。因此改变水泵的转速可以改变其性能参数。国电南宁电厂-期工程建设2 X 660 MW高效超临界机组，在这个工程的设计过程中，循环水系统采用扩大单元制，每台机组配2台循环水泵、-根DN3000的循环水管，两根循环水管之间设联络阀。在循环水泵招标文件中，招标方要求每台机组均配-台双速循环水泵。经有关技术人员评标，长沙天鹅工业泵股份有限公司为循环水泵中标单位。在技术协议谈判时，根据中标单位提供的原泵及低速泵的性能曲线资料，原泵配套电动机的极数为 16极，相应转速为n375 r/min；低速泵配套电动机的极数为 18极，相应转速为0333 drain。根据上述公式，变速后的水泵扬程只有原泵的0.79，根据水泵并联工作的结果是在同-扬程下对应的流量相叠加的原则，低速泵与高速泵数并联工作后，其工况点将向流量减少的方向移动，流量将大大减少，更有甚者流量为零，因此长沙天鹅工业泵股份有限公司认为低速泵很不能与高速泵并联工作。目前有些火力发电厂在循环水泵选型过程中，不管是-台汽轮发电机组配两台循环水泵还是 3台循环水泵，均把每台发电机组中的-台循环水泵设计成双速泵。这样做的本意在于节约用电，岂不知低速泵与高速泵并联后，为与高速泵扬程-致，其工况点迅速往小流量方向移动，这样效率大大降低，单位水量的耗电不降反升，根本达不到节能的目的。

在这种情况下，就需要所有水泵配套电动机均改为双速，高速泵与高速泵并联，低速泵与低速泵并联，低速泵与高速泵不能互相并联。但是这样-来，设备投资就大大增加，由于低速电动机外形尺寸较大，水泵房的尺寸也相应增大，故水泵房占地面积也相应较大。这样变速后水泵在运行过程中所节省的能量也有限，有时甚至不能正常运行。因此在设计过程中，设计人员应与水泵生产厂家密切配合，使得循l10环水泵的转速选择合理。

纯凝汽电厂 2×300MW级、2×600MW级及 2×1000 MW级的循环水泵配置及并联运行情况如下：(1) 2×300MW及 2×600MW级电厂多数配置4台循环水泵、2根循环水管，扩大单元制供水系统，夏季运行4台循环水泵，春秋季运行3台循环水泵，冬季运行3台或2台循环水泵。循环水泵运行台数根据工程建设所在地的水温确定，南方水温较高，-般多运行3台；北方水温低，多运行2台。在不能经常满发的情况下，我国许多老电厂对循环水泵进行双速改造，新建电厂则直接要求配置双速水泵。-般地说，大型发电厂的循环水泵配套电动机的极数大多为 16极，相应的转数为 16极，转速为0375 dmin；低速泵配套电动机的极数为18极，相应转速为n333 r/min。

(2) 浙江某 2×600 MW 电厂，负荷从 50%到100%不等，循环水温从 15C到33C不等▲行试验分析，列出不同负荷水温组合、开泵台数及高低速水泵组合。优化后，从8种组合工况中选出6种组合，使得电厂取得较佳的经济效益，这8种组合为：①-台机组配置2台高速泵；②-台机组配置 l台高速泵、配置1台低速泵；③两台机组配置3台高速泵；④-台机组配置2台低速泵；⑤两台机组配置2台高速泵、1台低速泵；⑥ 两台机组配置 1台高速泵、2台低速泵；⑦-台机组配置 1台高速泵；⑧-台机组配置 1台低速泵。

通过经济分析，②及⑤两种组合被淘汰，其余 6种组合均适用于负荷及水温等条件的变化。

(3) 2×1000 MW 级机组循环水系统多采用单元制，每台机组配3台循环水泵，根据发电量及循环水温的变化，可分别运行3台、2台及 1台循环水泵。这种配置方式已经保证电厂能够灵活运行。但是目前有些电力设计院在实际工程的设计过程中，还是选择了 3台循环水泵均为双速的方案，保证运行最为经济。对此我认为没有多大必要。当热季满发时，3台水泵全开；当冷季满发时开2台循环水泵。

当机组出力为装机容量的60%～70%时，热季可运行2台循环水泵，冷季可运行 l台水泵。当机组出力进- 步降低到装机容量的50%及以下，此时机组效率大大下降，故在实际运行过程中不应有这种运行工况 ，在实际调度时应运行 600MW级机组为好。

600MW级机组也是如此，当允许出力在机组装机容量的50%以下时，应运行300MW级机组为好〉负荷运行是我国存在的-种特殊情况，在设计时不应把它作为-种方案。如果-个电厂2台机组的负荷率均为50%，不如让 1台机组满发；如果2个电厂的都有 1台同样的机组的负荷率均为50%，不如让每个电厂各满负荷运行-半的时间。这对降低发电廖培山：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况均刻意迎合，这样设计出来的方案表面上很合理，但是由于机组人为地减小出力已导致其效率大大下降，在这种情况下，无论循环水系统再怎么节能，整个电厂都是不经济的。因此给-个既不合理也不经济的方案配备所谓最优配置，到头来只能事与愿违。

流量越校而且随着并联工作水泵台数的增多，每台水泵的工况点会向扬程高 (即流量减小)的-侧移动。并联工作的水泵台数过多，就可能使工况点偏移高效区的范围。因此并联工作的水泵台数不能过多。

实际经验表明，单管系统并联工作的水泵台数不宜超过 4台。

6 水泵并联工作 7 水泵的吸水性能6.1 并联工作的定义多台水泵联系运行，通过母管共同的管网或用户输水的情况，称为水泵并联工作。

6.2 水泵并联工作的特点(1) 可以增加供水量，输水干管中的流量等于各台并联水泵出水量之和。

(2) 可以通过开停泵的台数来调节供水系统流量和扬程，以达到节能和安全供水的目的。

(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水系统运行高度的灵活性和供水的可靠性。

6.3 并联工作的图解法6.3.1 水泵并联特性曲线的绘制要点：同扬程下的流量相加；两台同型号的水泵并联工作的结果是在同-扬程下对应的流量相叠加，为了绘制并联后的总和特性曲线，我们可以在单台水泵的。H特性曲线上任雀个点，然后在相同的纵坐标值上反对应的流量加倍，取得相应各点，用光滑的曲线所得各点连起来，就得到并联后的总和特性曲线。这种等扬程下流量叠加的原理称为横加法原理。

6.3.2 绘制管道系统特性曲线根据水泵并联工作的水泵管道系统的布置，计算管道系统的水头损失，绘制管道系统特性曲线，管道特性曲线与总和特性曲线相交于M点，则 M点就是水泵并联工作的工况点。

通过 M点作横轴的平行线，交单泵特性曲线于Jv点，Ⅳ点即为并联工作时各单泵工作的工况点。

6.3.3 水泵并联工作应注意的问题水泵并联工作时，应注意以下几个问题：(1) 单泵工作时的功率大于并联工作时各泵的功率。因此选配套电动机时应根据单泵单独工作时的功率来配套。

(2) -台水泵单独工作时的流量，大于并联工作时每台水泵的流量。也就是说，两台水泵并联工作时，其流量并非等于单泵工作时流量的两倍，而是略有减校(3) 并联工作的水泵的台数越多，所能增加的水泵的吸水性能是指在抽水过程中泵内不产生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。用允许吸上真空珏或必需汽蚀余量NPSHr表示。在实际工程应用中，在其他性能-样的前提下，必需汽蚀余量 NPSHr越小，表示水泵的吸水性能越好，水泵房深度越小，因而水泵房的投资越校有时必需汽蚀余量NPSHr成为衡量水泵性能好坏的重要参数。

8 循环水泵的选型8.1 循环水泵性能参数和确定8.1.1 流量 QQQ·Ql2式中 Q1--凝汽器冷却水量，Q，mDk(Dk为凝汽量，1"1为冷却倍率)。凝汽量-般由机务专业提供，冷却倍率埘则通过优化计算后确定。-般热季-个值，冷季取另-个值；- 辅机用水量；其他用水量，包括工业用水量、化水专业用水量、暖通用水量、除灰用水量、生活用水量等。

8.1.2 循环水泵的扬程8.1.2.1 静扬程(1)直流供水系统。确定直流供水系统调和所应遵循的原则是：要最大限度地减少供水几何高度，并保证主厂房不被洪水淹没。

采用直流供水系统的工程均要考虑利用-定数量的虹吸作用以降低水泵的工作水头。

如图3所示，HoHI-/2式中 - 静扬程，m；H1-- 虹吸井堰上水位，m；- 取水河段设计平均水位，m。

(2) 循环供水系统。带冷却塔的循环供水系统循环水量的静扬程为冷却塔内竖井水位 (机械通风冷却塔时应为进水标高)与冷却塔集水池水面标高的差。如图4(机械通风冷却塔)，图5(自然通风冷却塔)所示。

红水河2013年第2期图 3 直流供水系统高程图 图4 机械通风冷却塔筒图286，80图5 自然通风冷却塔简图8.1.2.2 系统的水头损失 h系统的水头损失为系统的沿程损失与水头损失之和，大致包括以下几部分：(1) 取水头部及引水管、进水间的水损失；(2) 水泵房内部及周围的水头损失；(3) 循环水管的水头损失；(4) 主厂房内的水头损失(最主要是凝汽器的水头损失)；(5) 冷却塔配水系统的水头损失。

8.1.2.3 水泵的扬程 Hp供水系统的静扬程凰与系统全部水头损失 之和，即为循环水泵的扬程，即HDHo 厶式中 --水泵扬程，m；- 水泵静扬程，m；h- 系统全部水头损失，m。

- 般地说，循环供水系统基本上均按-机配两泵的方式进行设置。热季时运行方式为-机两泵或三泵，相应地循环水泵有个工况点( ，耳)；冷季时运行方式为两机配三泵或两机四泵 (即-机两泵)。

相应地循环水泵也有个工况点(QL，HL)。在循环水泵的实际选型过程中，我们旧能使上述两个工况点在同-条 Q-日曲线上，并且都在高效区运行。这是最为理想的状况。其他水泵的选型参考循环水泵，在此不再--罗列。