定速泵與調(diào)速泵給水中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1 定速泵與調(diào)速泵的工作原理和特性 當(dāng)泵安裝在一定的管路中工作時(shí)，實(shí)際的工作狀態(tài)不僅取決于泵本身的性能曲線，還取決于整個管路的特性曲線。這2條曲線的交點(diǎn)決定了泵在管路系統(tǒng)中的運(yùn)行工況。在管路特性曲線相
   1 定速泵與調(diào)速泵的工作原理和特性 

當(dāng)泵安裝在一定的管路中工作時(shí)，實(shí)際的工作狀態(tài)不僅取決于泵本身的性能曲線，還取決于整個管路的特性曲線。這2條曲線的交點(diǎn)決定了泵在管路系統(tǒng)中的運(yùn)行工況。在管路特性曲線相同的裝置系統(tǒng)中，對于不同的泵，其工作點(diǎn)是不同的。定速泵和調(diào)速泵的工作點(diǎn)就有很大的差別，從而使流量、揚(yáng)程、效率不同。 

定速給水泵在給水系統(tǒng)中一般為離心式，其工作原理是利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量。它是通過一定功率的電動機(jī)帶動泵以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，使流體得到一定的壓能和動能。調(diào)速給水泵（以YT62型液力偶合器為例）有一特殊件—液力偶合器。它是安裝在原動機(jī)（電動機(jī)等）與給水泵之間的轉(zhuǎn)動件，以液體的動能來傳遞動力的液力傳動裝置。其工作原理是：在主動軸端部有1個泵輪，在從動軸上與主動軸相對的一端有1個渦輪，泵輪與渦輪間保持一定間隙，兩者形成1個腔型，稱為循環(huán)圓。當(dāng)原動機(jī)帶動主動軸旋轉(zhuǎn)，工作液體便在泵輪中獲得能量，并以一定的速度從泵輪甩出，沖向渦輪，將能量傳遞給渦輪，從而帶動被動軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了動力的傳遞。     
              
   循環(huán)圓中工作油的循環(huán)只有在泵輪和渦輪處以不同的轉(zhuǎn)速（存在滑差）即存在離心力差時(shí)，才能保持循環(huán)。在額定運(yùn)行條件下的滑差≤3％，只要改變循環(huán)圓中的油量，即改變充油量，就能調(diào)節(jié)從動軸的轉(zhuǎn)速和傳遞功率，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。  

    2 定速泵、調(diào)速泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較 

河北熱電有限責(zé)任公司八期技改工程為2臺200 MW雙抽供熱機(jī)組和4臺410 t／h的循環(huán)流化床鍋爐，每2爐1機(jī)為1個單元，計(jì)劃每個單元設(shè)置銘牌出力為440 t／h，揚(yáng)程為1 400 m的2臺調(diào)速泵和1臺定速泵。下面比較當(dāng)系統(tǒng)中定速泵（或調(diào)速泵）單獨(dú)運(yùn)行、2臺定速泵（或2臺調(diào)速泵）并列運(yùn)行、1臺定速泵與1臺調(diào)速泵并列運(yùn)行的狀況。  

    2．1 定速泵（或調(diào)速泵）單獨(dú)運(yùn)行
 
改變泵本身性能曲線的方法有變速調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)和汽蝕調(diào)節(jié)。改變管路特性曲線的方法主要有出口節(jié)流調(diào)節(jié)、入口節(jié)流調(diào)節(jié)，而zui普遍采用的調(diào)節(jié)方式是出口端節(jié)流調(diào)節(jié)，它是利用改變閥門開度來進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式。一般定速泵為出口端節(jié)流調(diào)節(jié)，調(diào)速泵為變速調(diào)節(jié)。 

鍋爐的啟動時(shí)間較長，而且將鍋爐的負(fù)荷帶至410 t／h的整個提壓過程按機(jī)側(cè)的要求是逐步達(dá)到的，也就是說在這個過程中如果采用調(diào)速泵可以僅僅靠改變轉(zhuǎn)速就能滿足機(jī)爐的啟動要求。從調(diào)速泵特性曲線可看出，流量在120～450t／h時(shí)對應(yīng)的揚(yáng)程可根據(jù)爐的逐步升溫升壓從800m（或者更低）提升到1 400 m，而不需要調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥。如此時(shí)采用定速泵，則需長時(shí)間的節(jié)流給水調(diào)節(jié)閥去滿足所需的流量，因此耗費(fèi)較高的能頭。 
          
流量從120～450 t／h，對應(yīng)的揚(yáng)程為1 680～1 430 m，多余的能頭被給水調(diào)節(jié)閥消耗掉，見式（1）：  

式中 N———電機(jī)消耗的功率，k W；  
      g———重力加速度，m／s2；  
      Q———質(zhì)量流量，kg／s；  
      H———揚(yáng)程，m；  
η———泵的效率，％。  

可以看出，在其他參數(shù)一定的情況下，功率N和揚(yáng)程H是成正比的。由于調(diào)速泵可以在管路特性曲線不變的情況下僅通過改變轉(zhuǎn)速就可達(dá)到機(jī)爐啟動要求，因此其節(jié)能效果是顯著的。如在120 t／h時(shí)，調(diào)速泵可比定速泵省一半的功率。 
 
    2．2 泵的并聯(lián)運(yùn)行  

泵并聯(lián)的目的是在壓頭相同時(shí)增加流量，由此再畫出共同管路特性曲線b與泵的并聯(lián)特性曲線的交點(diǎn)C，即并聯(lián)工作時(shí)的工作點(diǎn)，此時(shí)流量為QC，揚(yáng)程為HC。并聯(lián)工作的特點(diǎn)是：揚(yáng)程彼此相等，總流量為每1臺泵（同性能泵）輸送流量之和，即QC＝2 QA。該期工程采用2爐1機(jī)制，當(dāng)?shù)?臺鍋爐點(diǎn)火帶負(fù)荷時(shí)需要啟動第2臺給水泵。下面對2臺定速泵的并聯(lián)和1定1調(diào)及2調(diào)的情況做一比較。  

    2．2．1 2臺定速泵在給水系統(tǒng)中的并聯(lián)運(yùn)行  

定速泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)是靠改變管路特性曲線的方法即調(diào)節(jié)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥的開度來達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。這樣工作點(diǎn)是隨著流量的變化，揚(yáng)程也發(fā)生變化。一般設(shè)計(jì)點(diǎn)是在給水調(diào)節(jié)閥全開的情況下設(shè)計(jì)給水泵的流量、揚(yáng)程、效率，此為經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)，而通過節(jié)流調(diào)節(jié)的方法雖然簡單方便，但所產(chǎn)生過高的揚(yáng)程由給水調(diào)節(jié)閥消耗掉，造成能量損失，低負(fù)荷時(shí)經(jīng)濟(jì)性更差。特別是河北熱電有限責(zé)任公司為供熱機(jī)組，熱負(fù)荷受工業(yè)熱用戶及采暖熱負(fù)荷的影響很大，主給水流量經(jīng)常變化，長期靠調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)流量，必將導(dǎo)致比純凝機(jī)組更大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，而且使給水調(diào)節(jié)閥的沖刷損壞嚴(yán)重。 
 
當(dāng)系統(tǒng)在額定負(fù)荷（2 Q0）運(yùn)行時(shí)，揚(yáng)程為給水泵的額定揚(yáng)程H0，流量為2臺給水泵的額定流量之和2 Q0，此時(shí)的管阻曲線為b，即給水調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)在0．75額定負(fù)荷（1．5 Q0）運(yùn)行時(shí)，由于管路特性曲線變?yōu)閎′，即給水調(diào)節(jié)閥為節(jié)流狀態(tài)，從而使并聯(lián)泵的工作點(diǎn)由原來的A變?yōu)锳′，此時(shí)流量為1．5 Q0，揚(yáng)程為H1，對應(yīng)單個泵的工作點(diǎn)由B變?yōu)锽′，即流量為0．75 Q0，揚(yáng)程為H1，也即揚(yáng)程由原來的H0，增加了H1－H0。  

    2．2．2 1臺調(diào)速泵與1臺定速泵的并聯(lián)運(yùn)行  

如果每個單元為2臺定速泵，再加入1臺調(diào)速泵。正常運(yùn)行中通過調(diào)速泵來調(diào)節(jié)機(jī)組所需的給水流量，就可克服給水母管壓力過高的缺陷。這種運(yùn)行方式要求調(diào)速泵的出口壓力保持為定速泵的額定出口壓力，而流量在30％～100％之間變化，這就需要同時(shí)調(diào)節(jié)給水泵特性曲線（通過調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速）和管阻特性曲線（通過調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥開度）。使工況點(diǎn)落在揚(yáng)程為H的直線段上。
 
并聯(lián)運(yùn)行中，滿負(fù)荷工況下運(yùn)行于A點(diǎn)，流量為2 Q0，壓頭為H0，定速泵與調(diào)速泵均運(yùn)行于B點(diǎn)。當(dāng)負(fù)荷減至1．5 Q0，將調(diào)速泵轉(zhuǎn)速降低，泵特性曲線變?yōu)閍2，以使給水泵組總揚(yáng)程曲線至a2′。同時(shí)改變給水調(diào)節(jié)閥開度，使管阻特性曲線至b′。此時(shí)運(yùn)行工況點(diǎn)為A0，定速泵仍運(yùn)行在B點(diǎn)（即泵的額定運(yùn)行工況點(diǎn)），調(diào)速泵則運(yùn)行于B0點(diǎn)，流量為0．5 Q0，壓頭仍為H0，這樣在1．5 Q0的流量下，比前面所說的純定速泵系統(tǒng)節(jié)省了H1－H0壓頭差的能耗。  

假如此時(shí)不調(diào)節(jié)管阻特性曲線，可將原管阻特性曲線向下延長與原單臺定速泵的特性曲線相交，會發(fā)現(xiàn)定速泵的負(fù)荷過高，調(diào)速泵只能帶較少的負(fù)荷，這將導(dǎo)致定速泵過負(fù)荷和調(diào)速泵負(fù)荷過小而發(fā)熱、振動甚至汽化的不良現(xiàn)象，故當(dāng)有調(diào)速泵時(shí)應(yīng)采取同時(shí)調(diào)節(jié)給水泵特性曲線和管阻特性曲線的方法來達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。  

    2．2．3 2臺調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行  

調(diào)速泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)靠改變調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速使揚(yáng)程與流量均滿足鍋爐的要求，這樣既避免了2臺定速泵并聯(lián)時(shí)，泵在較低流量（額定流量以下）運(yùn)行時(shí)，高揚(yáng)程所帶來的浪費(fèi)；又克服了當(dāng)1臺鍋爐帶滿負(fù)荷另一臺鍋爐點(diǎn)火或帶小負(fù)荷時(shí)，1定1調(diào)并列運(yùn)行使定速泵過負(fù)荷，調(diào)速泵負(fù)荷過小對泵的損傷。保證了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 

   3 結(jié)論  

綜上所述，調(diào)速泵、定速泵并聯(lián)的系統(tǒng)比全為調(diào)速泵的系統(tǒng)節(jié)省了初投資，與全為定速泵的系統(tǒng)相比降低了給水單耗，特別作為供熱機(jī)組，在河北熱電有限責(zé)任公司八期技改工程給水系統(tǒng)中設(shè)置2臺調(diào)速泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，以1臺定速泵作為備用是比較合理的。