2009年8月吉林電力Aug.2009第37卷第4期(總第203期)Jilin Electric PowerVol.37 No. 4 (Ser. No. 203)三元流技術(shù)及其在發(fā)電廠循環(huán)水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用3-D Flow Technology and its Application on Circulating water Pumpin Thermal Power Plant劉殿魁' ,孫玉民”,梁衛(wèi)星2(1.北京國能偉德節(jié)能技術(shù)有限公司,北京100052;2.萬海能源開發(fā)(海域)有限公司,遼寧海城114200)摘要;介紹了 射流尾跡三元流動(dòng)理論的原理與應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)，運(yùn)用該技術(shù)對海城首站1號(hào)循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造,使泵流量增高22. 7%,電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率反而減少了25. 86%。該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)改造效果顯著,完全達(dá)到技術(shù)改造目的。關(guān)鍵詞;射流尾跡三元流動(dòng);循環(huán)水泵;水泵葉輪;節(jié)能改造中圖分類號(hào):TM621文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1009-5306(2009)04-0024-03目前,我國電廠循環(huán)水泵大多為采用傳統(tǒng)的- -進(jìn)行測試,同時(shí)提出常年運(yùn)行的工藝參數(shù)要求,共同元流理論設(shè)計(jì)的泵型。受設(shè)計(jì)水平和制造工藝等條作為泵的設(shè)計(jì)參數(shù);使用泵設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出新葉輪，件的局限,其效率比國際先進(jìn)水平低5%~10%.由并保證可與原型互換,在不改變管路、電路、泵體等于受設(shè)計(jì)制造水平和用戶現(xiàn)場運(yùn)行工況變化的影前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高效率的目的。響,很多水泵實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)經(jīng)常嚴(yán)重偏離其高效1.1 一元、三元流動(dòng)基本慨念.區(qū),造成水泵效率更低,單耗非常高。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)圖1左邊是葉輪的局部視圖,右邊是把葉輪內(nèi)行中,水泵憋壓運(yùn)行問題特別突出,進(jìn)一步造成不必兩個(gè)相鄰葉片和前、后蓋板形成的流道abcdefgh作要的能源浪費(fèi),該情況通常采用車削葉輪.更換新泵為一個(gè)計(jì)算分析研究的單元。Aehd,bfgc 是兩個(gè)相或者安裝變頻器等辦法予以解決。然而,這些辦法都鄰的葉片,denghid是葉輪前蓋板,bkfeja是葉輪后有較大的局限性,不能從根本上解決循環(huán)水泵效率蓋板。傳統(tǒng)的“一元流理論”，就是把葉輪內(nèi)的曲形流低、能耗高的問題。道abcdefgh視為一個(gè)截面變化的彎曲流管,認(rèn)為沿國產(chǎn)水泵如果運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)理論,針對實(shí)際工流線的流速大小僅隨截面大小而變化,但假定在每作參數(shù),重新優(yōu)化設(shè)計(jì)高效葉輪,在不需改變泵體、個(gè)橫斷面上如abcd,ijkn,efgh等等,流速是相同的。電機(jī)及管路的情況下,可以更簡便、更徹底地解決向這樣在流體力學(xué)計(jì)算中,流動(dòng)速度w就只是流線長題,這個(gè)方法簡稱三元流技術(shù),現(xiàn)就其原理、項(xiàng)目實(shí)度坐標(biāo)s的一.元函數(shù)。這種簡化使泵內(nèi)部流體力學(xué)施及結(jié)果闡述如下。的計(jì)算可以用手工算法得以實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)電廠廣為采用的雙吸水平中開泵,就是采用這種理論設(shè)計(jì)的。然而由于葉輪流道abcdefgh的三元曲線形狀1三元流技術(shù)原理及計(jì)算方法又是高速旋轉(zhuǎn)的,流速(或壓力)不但沿流線變化,而'三元流技術(shù),實(shí)質(zhì)上就是通過使用先進(jìn)的泵設(shè)且沿橫截面abcd,ijkn,efgh等任一點(diǎn)都是不相同計(jì)軟件“射流-尾跡三元流動(dòng)理論計(jì)算方法”,結(jié)合生的，即流速是三元空間圓柱坐標(biāo)(R、φ.Z)的函數(shù)。產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行工況,重新進(jìn)行泵內(nèi)水力部件(主特別是葉片數(shù)也是有限的,流速和壓力沿旋轉(zhuǎn)周向要是葉輪)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體步驟是:根據(jù)用戶的實(shí)(φ坐標(biāo))的變化,正是水泵向流體輸人功的最終體際情況,對“在用”離心泵的流量、壓力、電機(jī)功耗等現(xiàn),忽略這一點(diǎn)就無法計(jì)算水泵內(nèi)部的壓力變化,這中國煤化工收稿8期:2009-03-20出CNMHG作者簡介:劉殿魁(1938-),男,研究員,自1986年至今從事水泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)、切無中應(yīng)用上作.●24●2009年8月吉林、電力Aug. 2009第37卷第4期(總第203期)Jilin Electric PowerVol. 37 No. 4 (Ser. No.203)R8AfYnXk圍1葉輪圓柱坐標(biāo)(R,O,Z)及流動(dòng)速度w也就是為什么一元流動(dòng)理論只能計(jì)算葉輪進(jìn)口、出完全三元流動(dòng)的計(jì)算方法,數(shù)學(xué)上是極端困難口參數(shù),而不能準(zhǔn)確分析葉輪內(nèi)部流動(dòng)參數(shù)的原因。的。作為一大突破,我國科學(xué)家吳仲華于1951年在水泵的效率顯然與其內(nèi)部流動(dòng)狀況的好壞是密不可世界上首次把三元降為二元,提出了Sssz兩類流面分的,元流理論固然簡單,但不能完全反映泵內(nèi)的的概念,成為葉輪機(jī)械三元流動(dòng)理論的基礎(chǔ)。其運(yùn)動(dòng)真實(shí)流動(dòng),這就在設(shè)計(jì)上阻礙了泵效率的提高。方程為:1.2“射流- 尾跡”三元流動(dòng)最早在航空用離心壓氣機(jī)中,用激光測速技術(shù)ds=cnw+cn2gw +cs(1)觀察到“射流-尾跡"現(xiàn)象，如圖2所示，弧狀彎曲線.u=cenw+cr2u +en|ds2dh和cg分別代表兩個(gè)相鄰的葉片,dc為葉片進(jìn)口式中:w為液體在葉輪中的相對流速,系數(shù)11~C23邊,hg為葉片出口邊,wI為葉片進(jìn)口流速,Wz為葉等均為流線幾何形狀的函數(shù);L為流線(s1、52兩類流片出口流速,都是不均勻的。t是流動(dòng)分離點(diǎn),htv即面的交線,定名為流面坐標(biāo))。.是尾跡區(qū),是一些低能量流體組成,類似一個(gè)旋渦。連續(xù)方程可寫為:cdtug則是射流區(qū)可視為無粘性的位流區(qū),可按通常的三元流計(jì)算。f"vco(a- a,)cos β|寫x兩1=Q/zoh(2)式中:|sx菇|為圖1中通流截面上一個(gè)微元流管的面積,β為流線與軸面的夾角,a為流線與Z軸的8\夾角,a,為通流截面與R軸的夾角,Q為流量,1。為wsi流面的個(gè)數(shù),.Jo為sz流面的個(gè)數(shù),z如為葉片數(shù)量。在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了兩類流面交叉迭代求出三元流動(dòng)的方法,并用于離心泵葉輪的流動(dòng)計(jì)算,與通常圍2射流尾跡模型三元解不同的是還需對旋渦分離區(qū)-尾跡的形狀關(guān)于尾跡區(qū)的計(jì)算,目前還沒有準(zhǔn)確的方法,只作修正。經(jīng)計(jì)算可以得出葉輪內(nèi)的完全三元分離流能依靠半經(jīng)驗(yàn)的方法加以計(jì)算,詳見參考文獻(xiàn)[1]。場 中空間各點(diǎn)的流速及壓力分布,為設(shè)計(jì)高效率葉研究表明,由于粘性和壓力梯度的存在,泵輪出輪提供理論依據(jù)?？谘厝~片吸力面及前蓋板表面都會(huì)有流體的脫流，形成的“尾跡”區(qū)不但消耗了有用功，降低泵效率,而.2項(xiàng)目實(shí)施及結(jié)果且由于流道的堵塞,使流量減少。這些都是一元流動(dòng)理論無法預(yù)測和分析的，只有通過“射流-尾跡三元2.1葉輪水力 設(shè)計(jì)流動(dòng)”計(jì)算才能得出定量分析,通過改善葉輪內(nèi)流動(dòng)以國產(chǎn)RW14-6 A水平雙吸泵為例,銘牌參數(shù)狀態(tài).減少進(jìn)口沖擊和出口尾跡脫流等損失,使泵效如下中國煤化工H為125 m;配套率真正得以提高。電CNMHG壓6kV,額定電流1.3基本方程及解法.83 A.●25●2009年8月吉林電力Aug. 2009第37卷第4期(總第203期)jilin Electric PowerVol. 37 No. 4 (Ser. No.203)2007年對泵的運(yùn)行調(diào)查結(jié)果,實(shí)際運(yùn)行參數(shù)a.子午流道三元流葉片加寬了許多,特別是輪為:出口壓力1. 53 MPa,進(jìn)口壓力0. 18 MPa,匯管轂減小,以增大流通能力;壓力0. 57~0.60 MPa,水泵為憋壓運(yùn)行?，F(xiàn)場流量b.子午流道三元流葉輪直徑減小，而出口寬度計(jì)流量讀數(shù)1 100~1 180 m*/h。電機(jī)平均工作電流增大;I=58~59 A,平均工作電壓6 kV,電機(jī)實(shí)際功率c. 三元流葉片扭曲度較-元流大很多;512~521 kW。d.三元流葉片進(jìn)口邊向來流進(jìn)口伸展,減少進(jìn)為了減輕電機(jī)負(fù)荷,葉輪曾切割過,但效果甚.口損失。微。據(jù)此重新選定改型泵的設(shè)計(jì)參數(shù),流量為應(yīng)當(dāng)指出,葉輪的這種變化,實(shí)際上是將原泵改1400m*/h,揚(yáng)程為75m.可以計(jì)算出泵的比轉(zhuǎn)數(shù)變成一種全新的泵。其泵效率最高點(diǎn)對應(yīng)目前的流Ns=92.2,由此算出葉輪外徑、葉輪出口寬度、葉片量和揚(yáng)程使用工況,這是靠選取現(xiàn)有的新產(chǎn)品無法出口角,最終得出葉片型式的設(shè)計(jì)參數(shù)。做到的。a.葉輪外徑D2。2.2 測試對比結(jié)果改造前后水平雙吸泵的測量數(shù)據(jù)對比見表1。60 Kw V2g= 530 mm表1改造前后水平雙吸泵的測量t數(shù)據(jù)對比b.葉輪出口寬度br.狀態(tài)流量匯管壓力電流電機(jī)功率Q/(m'●h~")/MPa/kWπDφ:Km2 V2gH=62mm式中:Kw和Km2為葉輪的速度系數(shù)。分別取1. 05和改造前11000. 5758512. 330.11;n為轉(zhuǎn)速,取1450 r/min;g為重力加速度,取.改造后1 3500. 804379. 839.81 m/s*;H取75 m;pz為葉片堵塞系數(shù),取0.9.c.葉片出口角β。為了增大泵的通流能力,使改造前閥門開度26% ,超過26%時(shí)電機(jī)會(huì)超.之在大流量區(qū)有較高的效率,出口角選取40°。d.葉片型式的設(shè)計(jì)。使用文獻(xiàn)[1]中的方法對載。改造后閥門全開,匯管壓力提高,流量相對改造葉型及子午通道作正問題計(jì)算,然后優(yōu)選其中的1.前提高22. 7%,而電機(jī)功率則減少了132.5 kW,相種方案,這里不再贅述。根據(jù)上述方法重新設(shè)計(jì)出的對節(jié)電率25. 86%;三元流葉輪與普通葉輪的比較,安裝尺寸(軸孔、鍵、供暖期按每年11月1日到次年3月31日(3密封環(huán))相同,但葉片形狀有很大的變化(見圖3)。600 h)計(jì)算,可節(jié)約電量47.7X10'kW●h,完全達(dá)圖3a為葉輪葉片的子午面視圖,只畫出了雙吸到技術(shù)改造目的。葉輪的左半面。圖3b為1個(gè)葉片的前視圖。與普通葉輪相比主要區(qū)別在于:R↑R/R1φ、0(Z)三元流a雙吸葉輪的左半?yún)^(qū)個(gè)葉片的前視圖中國煤化工團(tuán)3葉輪葉 片的子.nYHCNMHG(下轉(zhuǎn)第30頁)2009年8月吉林電力Aug. 2009第37卷第4期(總第203期)Jilin Electric PowerVol.37 No. 4 (Ser. No.203)3.6考 核及統(tǒng)計(jì)分析巡線路徑監(jiān)控回放功能:利用偽GIS技術(shù)，以進(jìn)行巡檢結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,包括到位信息.缺陷連續(xù)定位點(diǎn)連線的方式將巡線歷史軌跡顯示在電子情況、缺陷處理情況、路線運(yùn)行情況.趨勢分析、設(shè)備地圖上,實(shí)現(xiàn)了巡線工作的歷史回放,增強(qiáng)了巡線工定級等。作考核的可控性。3.7 系統(tǒng)接口具備系統(tǒng)導(dǎo)航功能并可制定最佳路線:利用偽系統(tǒng)通過SOA架構(gòu)的核心中樞系統(tǒng),將系統(tǒng)GIS技術(shù),在下達(dá)巡檢任務(wù)時(shí)同時(shí)制定巡線最佳路本身以標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)形式統(tǒng)一注 冊在服務(wù)總線層。線,巡線人員在巡線工作中,在系統(tǒng)導(dǎo)航功能的幫助可實(shí)現(xiàn)與省公司GIS系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)PMS的下,按最佳路線進(jìn)行高效率巡視工作。系統(tǒng)接口。越界報(bào)警功能:當(dāng)巡線人員在巡檢過程中偏離即定巡線路線即定范圍時(shí)，監(jiān)控端和巡檢終端都會(huì)4系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)以彈出窗口的方式進(jìn)行報(bào)警提示，提醒巡線人員和監(jiān)控人員巡線工作越界并進(jìn)行必要的更改。規(guī)范了工作流程及記錄格式,制定了PDCA的高效閉環(huán)管理流程。5結(jié)束語無須在桿塔或線路上安裝任何信息識(shí)別載體，.直接利用GPS實(shí)現(xiàn)線路巡視自動(dòng)定位、記時(shí)。數(shù)字化輸電巡檢監(jiān)控管理把輸電巡檢工作的各數(shù)字柵格圖和衛(wèi)星影像圖的疊加顯示和優(yōu)化的環(huán)節(jié)信息進(jìn)行加工整理,構(gòu)成巡檢管理數(shù)字化模型，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),使用戶能更加直觀了解電網(wǎng)走向和可以直觀、快速、形象.完整地了解巡線工作情況,提線路周邊地形地貌信息;倒置金字塔的數(shù)據(jù)切片存升了管理水平,減少了管理成本,規(guī)范了工作流程和儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和無縫栟接技術(shù)，極大地提高了顯示速度和.考核的依據(jù)。多種技術(shù)的結(jié)合,確保了輸電線路的安顯示效果。全運(yùn)行,擴(kuò)展了全方位.高速網(wǎng)絡(luò)化的信息平臺(tái),使GPS實(shí)時(shí)監(jiān)控人員位置和工作狀態(tài):通過.巡檢監(jiān)控管理進(jìn)入一個(gè)全新的階段,為數(shù)字化電網(wǎng)GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng),將巡檢信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控端,經(jīng)系管理打下了良好的基礎(chǔ)。統(tǒng)解析后,在地圖上進(jìn)行目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤定位,有利于管理人員及時(shí)掌握巡線工作進(jìn)展情況和線路運(yùn)行(編輯劉文千)情況。(上接第26頁)個(gè)指標(biāo)不代表機(jī)泵系統(tǒng)整體工程效率的提高。此外3結(jié)論變頻器投資大,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高,因此只有在類似城市供水這樣的每天運(yùn)行工況在非常大的一個(gè)范圍內(nèi)通過以上理論介紹與分析,以及改造實(shí)例,證明頻繁變動(dòng)的環(huán)境中適合采用。而在電力、石油.化工、射流-尾跡三元流動(dòng)理論在水泵設(shè)計(jì)方面具有顯著鋼鐵等運(yùn)行工況相對穩(wěn)定的環(huán)境中，更適合采用射優(yōu)勢。運(yùn)用該技術(shù)直接對水泵葉輪進(jìn)行改造,不但能流-尾跡三元流動(dòng)理論對循環(huán)水泵葉輪進(jìn)行改造。夠提高水泵的運(yùn)行效率,實(shí)現(xiàn)節(jié)能，而且可以實(shí)現(xiàn)“在保證電機(jī)不超載的情況下，改變揚(yáng)程,大幅提高參考文獻(xiàn):流量”的技術(shù)目標(biāo),這是采用變頻器節(jié)能改造所無法(1] 劉殿魁.離心泵內(nèi)具有射流尾跡模型的三元流動(dòng)計(jì)算做到的。因?yàn)樽冾l器只能通過降低運(yùn)行轉(zhuǎn)速而節(jié)省2):8-13.功率,但流量隨轉(zhuǎn)速一次方降低,揚(yáng)程卻是隨轉(zhuǎn)速的中國煤化工二次方降低,并且伴隨水泵水力效率的降低,節(jié)省功MYHC NMHG編輯李健平)率實(shí)際是以降低揚(yáng)程和流量為代價(jià)的。節(jié)省功率一