高 飛

（1.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.太原理工大學(xué)，山西太原 030024）

3臺(tái)35%電動(dòng)給水泵配置方式的問題研究

高 飛1，2

（1.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.太原理工大學(xué)，山西太原 030024）

針對(duì)山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司古交電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組在試運(yùn)行期間，給水泵在某一個(gè)工作區(qū)間存在非線性特性，導(dǎo)致給水流量頻繁擺動(dòng)的問題，提出了幾種解決方法，并通過對(duì)液力耦合器工作原理的研究，分析了通過調(diào)節(jié)控制油壓力改變耦合器工作區(qū)域的原理，并通過此方法最終解決給水流量的擺動(dòng)問題，這種方法對(duì)出現(xiàn)此類問題的其他電廠有一定的參考作用。

液力耦合器；非線性；頻繁擺動(dòng)

0 引言

目前，大多數(shù)600MW的超臨界機(jī)組，給水系統(tǒng)都采用2臺(tái)50%最大連續(xù)出力B-MCR（Boiler Maximum Continuous Rating） 的汽動(dòng)給水泵加1臺(tái)30%B-MCR啟動(dòng)電泵或者是3臺(tái)50%B-MCR的電動(dòng)給水泵的配置方式，但隨著電動(dòng)給水泵技術(shù)的日益成熟，電動(dòng)給水泵的運(yùn)行穩(wěn)定性越來越好，事故跳閘次數(shù)大幅降低，為了減小不必要的浪費(fèi)，很多電廠開始嘗試使用3臺(tái)35%B-MCR電泵的配置方式，但隨之也產(chǎn)生了一些新的問題。

1 給水流量擺動(dòng)現(xiàn)象

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司古交電廠二期擴(kuò)建2×600MW超臨界機(jī)組，鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-2000/25.4-YM12型直流鍋爐。汽輪機(jī)為中國東方電氣集團(tuán)公司生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、單軸、二缸二排汽、空冷凝汽式汽輪機(jī)。給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用3臺(tái)35%B-MCR型號(hào)為HPT300-340-6S/27A的電動(dòng)給水泵，銘牌出力工況下，主泵出口流量為738m3/h，揚(yáng)程為3 199m，出口壓力為28.29MPa。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用VOITH公司生產(chǎn)的R17K500M型液力耦合器，設(shè)計(jì)輸出轉(zhuǎn)速為：n1=5 634 r/min，設(shè)計(jì)滑差率為2.91%。主給水管道上布置主給水電動(dòng)閥和35%給水旁路調(diào)節(jié)閥，設(shè)計(jì)給水流量為：1 800 t/h。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，3臺(tái)泵勺管均在50～55開度和60～65兩個(gè)開度之間有擺動(dòng)和搶水的現(xiàn)象，以1號(hào)給水泵為例，見圖1。

圖1 給水泵流量曲線

從圖1中可以看出，給水泵勺管開度在64%時(shí)，在反饋?zhàn)儎?dòng)很?。ù笾略?.5%左右） 的情況下，給水流量出現(xiàn)40 t左右的擺動(dòng)，且極不穩(wěn)定，同時(shí)，給水泵電流、轉(zhuǎn)速也發(fā)生了相應(yīng)的變化，基本可以斷定是由于耦合器自身的波動(dòng)造成的。其余2臺(tái)電動(dòng)給水泵也有相同的現(xiàn)象。

2 擺動(dòng)原因分析

經(jīng)過事故分析認(rèn)為，導(dǎo)致給水流量擺動(dòng)的原因主要來自三個(gè)方面，一是液力耦合器自身的問題，二是外部管道的阻力，三是控制油溫度不同。

2.1 液力耦合器

2.1.1 工作原理

調(diào)速型液力耦合器主要由泵輪、渦輪、驅(qū)動(dòng)軸、從動(dòng)軸、勺管等組成[1]，當(dāng)主動(dòng)軸帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在泵輪內(nèi)葉片及腔室的共同作用下，工作油將獲得能量并在慣性離心力的作用下，被送到泵輪的外圓周側(cè)，形成高速的油流；泵輪外圓周側(cè)的高速油流又以徑向相對(duì)速度與泵輪出口的圓周速度組成合速度，沖入渦輪的進(jìn)口徑向流道，并沿著渦輪的徑向流道通過油流動(dòng)量矩的變化而推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)；在油流至渦輪出口處，又以其徑向相對(duì)速度與渦輪出口處的圓周速度組成合速度，流入泵輪的徑向流道，并在泵輪中重新獲得能量。如此周而復(fù)始，形成工作油在泵輪和渦輪中的循環(huán)流動(dòng)圓。由此可見，泵輪把輸入的機(jī)械功轉(zhuǎn)換為油的動(dòng)能，而渦輪則把油的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為輸出的機(jī)械功，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。液力耦合器的無級(jí)變速是通過改變勺管的位置而改變循環(huán)圓中的工作油量實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)勺管插入液力耦合器腔室的最深處時(shí)，循環(huán)圓中油量最小，泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速偏差大，輸出轉(zhuǎn)速最低；當(dāng)勺管插入液力耦合器腔室的最淺處時(shí)，循環(huán)圓中油量最大，泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速偏差小，輸出轉(zhuǎn)速最大[2]。

2.1.2 原因分析

從上述原理分析可以看出，調(diào)速型液力偶合器的調(diào)節(jié)特性都存在非線性特性，而對(duì)于這種非線性又有兩種補(bǔ)償方法，一種是使用凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償，在電動(dòng)執(zhí)行器與偶合器之間加裝1套凸輪機(jī)構(gòu)，通過對(duì)凸輪特性的調(diào)節(jié)來改善耦合器的非線性[2]，還有一種就是通過在分散控制系統(tǒng)DCS（Distributed ControlSystem）調(diào)節(jié)給水泵勺管指令和給水流量的函數(shù)關(guān)系將其線性化，但考慮到勺管在非線性區(qū)間時(shí)，指令的抖動(dòng)幅度在0.5%左右，甚至更小，而超出了DCS卡件的精度范圍，此線性化的效果也不是很好。

另外，通過改變耦合器的控制油壓力，能夠控制進(jìn)入泵室的油流量多少，從而間接地起到改變勺管的工作區(qū)，使其非線性區(qū)間發(fā)生轉(zhuǎn)移，并且適當(dāng)?shù)亟档涂刂朴蛪毫€可以緩解勺管控制的非線性，通過多次實(shí)驗(yàn)，將機(jī)組的控制油壓力從2.0 MPa調(diào)節(jié)至1.8MPa后，給水泵勺管的兩個(gè)非線性區(qū)域明顯改善。

2.2 管道阻力的不同

文獻(xiàn)[4]通過試驗(yàn)證明，在不同管道參數(shù)下，離心式給水泵有著不同的H—Q（揚(yáng)程—流量）曲線，在快速加減負(fù)荷的情況下，對(duì)于2臺(tái)以上的并聯(lián)運(yùn)行調(diào)速離心泵來說，在不同管道阻力下，在流量特性上會(huì)出現(xiàn)“搶水”現(xiàn)象，即這幾臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行泵的流量會(huì)發(fā)生突變，而泵會(huì)出現(xiàn)不同程度的“喘振”現(xiàn)象，導(dǎo)致給水泵振動(dòng)加大，出力不均，影響機(jī)組的安全運(yùn)行，所以，在設(shè)計(jì)初期需要特別注意，為了保證每臺(tái)泵入口壓力相同，各臺(tái)給水泵所設(shè)計(jì)的管道長(zhǎng)度和彎管要盡量保持一致。

本機(jī)組在初期的設(shè)計(jì)方面，由于現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地位置關(guān)系，3臺(tái)泵從除氧器出口到前置泵入口的管徑距離和彎頭都不同，從除氧器平臺(tái)到給水泵的入口的管道布置中，1號(hào)泵不僅管道布置較長(zhǎng)，而且彎管段也比其他2臺(tái)泵設(shè)計(jì)的多，這樣就導(dǎo)致3臺(tái)給水泵在入口處，給水的壓頭存在一定差異，快速加減負(fù)荷時(shí)就容易產(chǎn)生搶水現(xiàn)象。

要解決這個(gè)問題，要將3臺(tái)泵的入口壓力進(jìn)行平衡化處理，這首先需要通過試驗(yàn)獲得每臺(tái)泵入口流量—壓力的特性曲線，然后采用對(duì)入口管道進(jìn)行改造或者加裝節(jié)流裝置等方法，使3臺(tái)泵的入口壓力特性相同才能解決。由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試期間時(shí)間緊張，而這項(xiàng)工作需要大量的時(shí)間獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，所以建議在大小修期間進(jìn)行。

2.3 控制油溫度高

由黏性流體性質(zhì)可知，耦合器滑差損失和軸承摩擦損失將生成大量的熱，并被耦合器工作油吸收，這也就是工作中控制油溫度會(huì)升高的原因，而油溫的升高會(huì)加劇勺管的非線性特性。

圖2 耦合器控制油溫與轉(zhuǎn)速的輸出關(guān)系

從圖2中可以看出，在給水泵輸出轉(zhuǎn)速在60%～80%之間時(shí)，控制油的溫度是最高的，這也是造成給水系統(tǒng)流量擺動(dòng)的原因之一，解決方法主要是調(diào)節(jié)冷油器的入水量來降低控制油的溫度。

3 改造后的運(yùn)行效果

選擇通過將耦合器工作油壓力從2.0MPa調(diào)節(jié)至1.8MPa和將泵的控制油溫度降低4～5℃的方法，運(yùn)行一段時(shí)間后觀察效果，如圖3所示。

圖3 給水泵運(yùn)行曲線

從圖3中可以看出，耦合器在50%開度左右時(shí)的非線性特性有明顯改善，但是仍然存在“搶水”現(xiàn)象，在20min左右時(shí)，3號(hào)泵的給水流量忽然降低，在運(yùn)行50min左右時(shí)才與其他2臺(tái)泵保持平衡，其主要原因便是由于管道參數(shù)不同造成的，需要在機(jī)組停機(jī)后處理。

4 結(jié)論

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司古交電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組給水流量擺動(dòng)現(xiàn)象，分析得出造成擺動(dòng)的主要原因有：設(shè)計(jì)3臺(tái)給水泵入口的管道阻力不同；液力耦合器本身存在的非線性特性；給水泵的工作油溫高。

在實(shí)驗(yàn)過程中，針對(duì)不同的原因，分別采取了將液力耦合器工作特性線性化、調(diào)節(jié)給水泵控制油壓力和控制給水泵工作油溫度等方法，最終解決了給水流量擺動(dòng)的問題。

［1］ 趙雯姝，陳荊山，閆強(qiáng)，等.液力偶合器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)與給水泵的匹配運(yùn)行［J］.水泵技術(shù) ，2006（01）：31-32.

［2］ 李前宇，毛永清.調(diào)速型液力耦合器工作油溫特性分析與應(yīng)用［J］.電站系統(tǒng)工程 ，2009（02）：40-58.

［3］ 鄭國.液力偶合鍋爐給水泵轉(zhuǎn)速失穩(wěn)的分析及處理［J］.水泵技術(shù) ，2010（04）：0-23.

［4］ 胡征宇，吳大轉(zhuǎn)，王樂勤.離心泵快速啟動(dòng)過程的瞬態(tài)水力特性［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（05）：605-608.

Research on the Configuration Mode of Three 35%Motor-driven Feed water Pum ps

GAO Fei1,2
（1.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Due to the nonlinear feature of feed water pump in a certain working area,the problem of unstable feed-water flow happened in Shanxi Xingneng Gujiao Power Plant and some methods are tried to figure such problem.The working principle of the hydraulic coupler is studied and it is concluded that by adjusting the oil pressure to change the working area of hydraulic coupler，the problem of unstable feed-water flow can be addressed，which is of significance for other power plants to refer to.

hydraulic coupler；nonlinear；change frequently

TK223.5+2

A

1671-0320（2012）04-0051-03

2012-04-08，

2012-06-18

高 飛（1982-），男，山西交城人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動(dòng)化系，2010級(jí)太原理工大學(xué)信息學(xué)院控制工程專業(yè)在讀工程碩士，工程師，從事熱控自動(dòng)化研究工作。