电站锅炉给水泵提高效率的途径

(内蒙古能源锡林热电厂 工程部，内蒙古 锡林浩特 026000)
摘 要：文章对火电厂给水泵提高效率的途径、方法和措 施作了简要的介绍，指出这对火电厂挖掘设备节能降耗潜力，提高机组运行经济性具有重要 意义。
关键词：给水泵；提效降耗；途径
中图分类号：TK223.5⁺2  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2010)01—0074—03

锅炉给水泵是火电站耗电最多的辅机，随着机组参数和容量的不断提高，这一特点更为突出 。由于国产给水泵普遍存在与主机不配套、效率低等问题，所以，几年来电力部门在修造单 位的配合下，对一些给水泵进行改进，尽管如此，目前，全国的大多数给水泵效率较低，运 行工况远离最佳工况，耗电很大。假如在现有的基础上效率提高5%~10%，每年可节电1亿度 以上，加上改后参数选配恰当，减少富裕扬程，则效益更大，因此，提高给水泵效率是火电 站节电工作的有效措施。
众所周知，要提高水泵的效率就必须减少水力损失、机械损失和容积损失。
1 减少水力损失

设计和改进给水泵，对泵的每一部位应统筹考虑。实践证明，泵的性能不仅取决于叶轮、导 叶和进出口水室的各个参数，而且取决于它们的相互影响和配合，只要各个参数选择配合恰 当，保证工艺，水力效率可达到90%左右。
1.1 水力设计方面

水力设计的一般原则是所有的流道收缩、扩散和拐弯都要均匀缓慢，流道截面要遵循“大壁 角规则”和水力半径尽可能大的原则。为减少水力损失，应重视在从叶轮入口到背导叶出口 的整个单级流程中绝对速度和静压变化，如图1所示。
1.1.1 改善叶轮入口流动

从背导叶出口(或吸入室)到叶轮入口这一区段(图1的0~1段)是液体从静止流道冲入旋转流道 的过渡区，此区域拐弯陡急，容易产生撞击，涡流。因此，它的流场是否均匀是保证叶轮具 有较高效率的重要因素。
1.1.1.1 选择适当的预旋。过去常规设计中，为提高扬程，使背导叶出口角α₆≥90°，通常为40°～90°。适当减 少α₆ 的目的主要是形成入口预旋，这样做虽然降低了扬程，但不消耗功率，并能增大叶 片入口安放角β₁ ，减少叶片进口排挤，增大叶片入口喉部面积，改善整个流道的扩散度 ；对改善叶轮入口流动和获得稳定的特性曲线都有好处。实验证明，入口有适当预旋比没有 预旋的效率可提高0.5%~2%。当然，预旋的大小与叶片入口安放角相适配。一般认为，提高 流量应减少预旋，反之加大预旋。通常，在叶轮入口处给水泵叶片设计成向外延伸，并呈扭 曲型，对入口直径较大的叶轮，除叶片有较大的外伸和扭曲外，还应有较强的预旋；反之， 如果叶轮入口直径较小，则应选较小的外伸和扭曲，预旋也应该较弱。另外，考虑到叶轮旋 转的影响，在靠近叶轮入口处，预旋有增加趋势，为此，使背导叶出口端扭曲5°～15°左 右，并延伸叶轮入口，增加导流作用，改善入口流动，如图2所示。
1.1.1.2 恰当地选取入口冲角Δβ₁和叶片数Z。叶轮入口流道是复杂的三元流道，传统一元设计理论用于平均流速计算液流角β₁¹，但 β₁¹与实际液流有差别，因而通常采用冲角Δβ₁来弥补这个不足，通过大量实验和 统计，Δβ₁=2°～10°对效率和汽蚀性能最有利。但在内外流线处究竟怎样选 取冲角，一般认为，在叶轮入口直径较小，而且预旋较小的情况下，内流线取较大的正冲角 ，外流线 取较小的正冲角或者不大的负冲角；在叶轮入口直径较大而且预旋较大时，则相反。给水泵 的叶片入口安放角一般为20°～44°，叶片数为6～8片，一般为7片。

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1.1.1.3 提高首级叶轮的汽蚀性能和效率。由于给水泵输送的是饱和水，首级叶轮的设计和改进首先应满足汽蚀性能的要求，然后在考 虑提高效率。叶片的汽蚀性能是由叶轮入口直径、叶片入口型线和吸入室决定的。过去曾认 为叶轮入口直径D0越大，汽蚀性能越好。实际上，如果D0太大以后，入口相对速度增大 ，易产生逆流，使汽蚀性能和效率都下降，因此，D0有一个最佳范围。除了有合适的D0 以外，给水泵首级叶轮的叶片应适当向外延伸，形成一个轴流区段来提高汽蚀性能。
1.1.2 改善叶轮内的流动

过去常规设计要求叶轮流道面积从入口到出口直线扩大，但对一些高效率水力模型的测试核 算和改进实践表明，在叶轮入口处有不大的收缩或少许的扩散，能改善叶轮内的流动。流道 的扩散比用相对速度比W1/W2控制，一般使W1/W2=1.4～1.6。
1.1.3 改善叶片出口流动

此区域是高速液流从旋转流道冲入静止流道的过渡区，水力损失较大，是提高泵效率的关键 部位。
1.1.3.1 选择最佳叶片出口角β₂。叶片出口角的选择将影响叶轮能否把机械能有效地传递给液体，它是最重要的参数之一。高 效率给水泵的β₂=22.5°～30，一般β2=25°～27°，高比转速取小值，低比转速取 大值。
1.1.3.2 适当增大叶轮出口宽度b₂。b₂是叶轮出口部分的一个重要参数。在给水泵 改进中，如需加大流量，而原来的叶轮流道散度又不大，则适当加宽b₂是有好处的。
1.1.3.3 在出口处叶片与盖板稍有倾斜或完全垂直都可以得到高效率，但前者为好。
1.1.3.4 按图3所示的形状修薄叶片入口边。
1.1.4 改善导叶内的流动(图1中的3-4-5-6区段)

大型给水泵的级段水力损失分离试验，发现一半以上的水力损失在导叶内，因此，只有减少 导叶的水力损失，并将导叶和叶轮统一考虑，才能达到最佳效果。

理论和实践证明：正导叶喉口面积是导叶的最重要设计参数，而正导叶入口角α3的少许 变化对导叶的效率影响不大，对径向式导叶应注意以下事项。
1.1.4.1 叶轮出口绝度速度v2很大，需要将液流的速度能变为压力能，为了尽量减少 能量转换过程中的损失，应提高正导叶入口段的光洁度，并将叶轮出口和导叶入口做成图4 、5所示的形状。控制最佳喉口面积是提高导叶运行效率的重要措施。对ns=70～90的给水 泵来说，使v₃/v₂=0.7～0.8可使导叶获得最佳效果。通常，n_s较低时，v₃/v₂取 大值，反之取小值。在保证最佳喉口面积的前提下，通常正导叶入口角α₃比α₂大2° ～3°为好。叶片数一般为6～12片，与叶轮片数互为质数，大泵取大值，小泵取小值。
1.1.4.2 导叶扩散管内是动能扩压的最好部位，应尽量减少它的弯曲度。其前半段因动 能转换迅速及进口流畅不均，面积的增加要缓慢些，扩散角以8°为好，后半段为10°～12 °。导叶出口流速v₄按v₄/v₃=2.5～3.1取，并使v₄≈0.8v₁。
1.1.4.3 应增大由导叶扩散管出口翻向背导叶的翻水面积，并应把翻水处直角做成圆弧 形，以减少翻水阻力。
1.1.4.4 背导叶应保证有均匀渐缩的通流面积，其中主要是选择合理的α₆，一般为4 0°～90°。而入口角α5一般为20°～35°。

实践表明：为了使给水泵有最佳效率，应使叶轮的最高水力效率(叶片入口中间流线不出现 负冲角)与导叶的最高水力效率(v₃/v₂=0.7～0.8时)同时出现，也就是使叶轮和导叶入 口同时具有最佳流动状况。设计和改进给水泵时还应使泵的最佳工况和运行工况吻合。
1.2 加工制作方面

实践表明：模型、铸造和加工组装质量的好坏，往往影响给水泵效率4%～8%，所以在改进给 水泵中，必须提高工艺才能保证预期效果。
1.2.1 泵水力特性的好坏

除正确的设计以外，还必须有准确的模型和良好的铸造工艺，才能制造出高质量的铸件，这 是保证给水泵效率极重要的一环。
1.2.2 正确的加工组装是提高水泵效率和安全性的重要保证
1.2.2.1 仔细初找正：因叶轮和导叶的加工初找正是决定流道是否端正、对称及叶轮静平 衡重要的重要因素，因此，加工时应按流道仔细初找正，并以叶轮出口和叶轮流道中心线作 为轴向尺寸的基准。
1.2.2.2 提高加工质量，保证流道对正。试验证明，由于流道少许不正，不但使效率 下降1.5%～2.7%，而且使轴向推力显著增加。
1.2.2.3 提高流道光洁度，特别是叶轮出口和导叶入口部分，通常提高流道光洁度可使给 水泵效率增加2%～5%。
2 减少机械损失

由于给水泵均为中低比转速的泵，圆盘摩擦损失⊿N_df占很大比重，据统计，当n_n= 75时，⊿N_df=8%～10%N,所以应尽量减少这部分损失，其措施有：①设计改进低比转 速的给水泵时，适当的增大β₂，但不能大于35°。②提高叶轮、导叶和中断过流面加工 光洁度，最好达到▽5以上，叶轮在切铣不平衡重量时，深度不超过1.5mm，最好采用平滑 过渡的磨削。③保证侧隙B=4mm～6mm(见图5)。④泵体做成图5所示的结构形状，并削薄叶 轮前后盖板外缘，以收回部分圆盘磨擦损失。
按上述措施认真执行，给水泵的机械效率可达90%以上。
3 减少容积损失

提高容积损失效率可采用以下措施：
3.1 减少密封间隙

众所周知，只有提高加工组装精度，保证泵壳和转子的高度同心，才能减少密封间隙，如我 们在给水泵改进中，转子最大径向跳动只有0.05mm～0.07mm，密封间隙小到0.2mm左右。
3.2 增大密封间隙的阻力

①将普通圆柱形密封环改为锯齿形；②在密封环、导叶套(或中间轴套)和平衡盘、平衡板上 开多道环形槽；③在间级间隙和平衡盘径向间隙处开反向螺纹槽并适当缩小密封间隙，泵的 效率可提高4%左右。
3.3 提高密封件材质

保证加工组装质量和选择合适材料，容积效率可达96%左右。
4 结束语

提高给水泵效率是一个综合性的问题，要想使泵达到先进水平，必须抓住主要矛盾，综合考 虑，点滴着手，才能达到预期效果。

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