提高循环水泵效率的改造措施

[关键词] 循环水泵；打磨；密封；喷涂；改造；降耗
[中图分类号] TH318
[文献标识码] B
[文章编号] 1008－6218（2009）01－0030－04
1 改造背景和途径
电力工业中的节能是发展国民经济的一项长期 重要任务。从我国当前的电厂情况来看，节能的潜力 很大。以电厂的循环水泵为例，水泵水力模型性能落 后，产品更新换代十分缓慢，尤其是卧式循环泵，泵 型几十年没有改动， 结构落后， 效率低于发达国家 5%～10%。 因此，对它的节能改造势在必行。 一般改 造途径有：重新选型；对泵整体重新设计或重新设计 泵的叶轮；对泵的叶轮叶片进行切割或加长；改变调 节方法，优化运行方式；改进泵的管路系统，降低流 体流动的阻力损失。
喷涂前高转速 11 720
19.0
喷涂后高转速 11 880
19.0
喷涂前低转速 9 405
15.0
喷涂后低转速 9 600
15.0
电流/A 功率/kW 效率/％
98
841 72.1
96
825 74.5
79
560 68.6
78
555 70.6
通过以上数据可以看出叶轮表面处理之后，循 环泵的流量增大了 2%， 轴功率降低了 1%～2%，水 泵效率提高了 2%～3%，达到了预期效果。
打磨是目前通用的方法， 但因水泵的叶轮表面 和流道表面不是平面，很难用机器自动打磨，只能靠 手工， 即采用手提砂轮、 角向砂轮等进行打磨；因 此尺寸和光洁度不能保证， 很难达到令人满意的效 果。 2.1.2.3 喷涂
喷涂是表面工程中应用广泛且非常重要一项表 面技术， 它是指将熔融状态的喷涂材料通过高速气 流使其雾化喷射到零件上形成喷涂层的一种表面加 工方法。 常用的喷涂方法有火焰喷涂、电弧喷涂、等 离子喷涂等。 2.1.2.4 喷防腐材料
采用木模铸造出的叶轮只能靠打磨方法提高表 面的光洁度。 目前水泵厂依不同的要求对叶轮分别 按 A、B、C 3 个等级用砂轮进行打磨，一般都是简单 打磨后喷上防锈漆。因为打磨的环境条件较差，标准 不高，加上工人对这道工序不够重视，所以生产出的 循环泵叶轮表面光洁度不太好。 2.1.2 处理方法
循环水泵泵叶轮表面和泵体内的流道表面光洁 度对水泵效率的影响很大， 所以要尽可能降低其表 面粗糙度。降低表面粗糙度有提高铸造的工艺水平、 打磨、喷涂、喷防腐材料等方法。 下面对各种方式逐 一进行分析比较。 2.1.2.1 提高铸造工艺水平
计划对水泵出入口流道也进行喷涂， 但由于循 环水泵所处位置低，出入口门不严，水泵内积水清理 不彻底，没能实施，准备在下次大修时连同其他没喷 涂的循环泵叶轮一起进行喷涂。 3.4 轴端密封处理
为防止水泵内水从泵轴出外漏，水泵都装有轴端 密封装置。 图 2 为循环水泵的密封装置，盘根套固定 在泵轴上，为水泵的转动部分，盘根为静止部分。 在运 转过程中，盘根对盘根套表面造成磨损，使密封性能 下降，循环水大量泄漏，严重时导致循环泵停运。 3.4.1 存在的问题
新改型的高效叶轮和一般大型铸件一样，还存
在许多不足之处，铸造表面不够光滑，还有许多如气 孔或夹杂等铸造缺陷。 造成这种现状的原因是我国 大型水泵叶轮的铸造工艺比较落后， 大多还是采用 木模整体铸造；精密铸造只能用在小型叶轮，用在大 型叶轮上还存在困难。 对于有特殊要求的叶轮如核 泵叶轮采用的工艺是：锻造后，用数控机床铣出线性 的工艺进行加工，产品线性误差很小，叶轮表面光洁 度也很高， 但是成本太高， 不适用卧式泵叶轮的加 工。
因为盘根各圈所受压力不均， 远离压兰的盘根 变形很小，起不到密封作用，如果加大压兰压力又会 导致摩擦和功耗增加，盘根更换也更困难。
使用油封密封圈之后，不必把压兰压得很紧，大 大减轻了外侧盘根的密封难度及盘根与轴套的摩 擦，降低了循环泵的功耗。 以 48SH 型循环泵为例， 用 3 个 200 mm×230 mm×15 mm FB 型 密 封 圈 套 在 230 mm×250 mm×15 mm 的钢圈内替代盘根室最里 侧的 2 圈盘根，外圈继续添加盘根，会起到很好的密 封效果。 3.4.2.3 采用优质盘根
目前国内有许多优质盘根，如碳纤维盘根、四氟 乙烯盘根等，性能和效果都优于传统的棉麻盘根、油 浸石棉盘根、四氟乙烯浸渍石棉盘根。使用优质盘根 不但会提高密封效果，还会减少摩擦，降低循环泵的 功耗。 3.4.2.4 改变常规的盘根填加方法
水泵的盘根都是成卷供应的， 使用时裁取一段
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内蒙古电力技术
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INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER
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提高循环水泵效率的改造措施
Retrofit Measure for Improving Water Circulation Pump Efficiency
王立新 （神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司，内蒙古 准格尔 010300）
循环水泵也可保持凝汽器真空， 大大降低了循环水泵 的耗电量， 和原未改叶型前高转速循环水泵比较，1 h
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表 3 叶轮更换前后主要技术数据
项目
流量/（t·h-1） 扬程/m 电流/A 功率/kW 效率/％
更换前高转速 10 000
18.5
103
885
56.9
更换后高转速 11 720
19.0
98
841 72.1
更换前低转速 8 603
13.69 84
583
55
更换后低转速 9 405
15.0
79
560 68.6
省电 330 kWh， 双机运行 1 d 可节省厂用电15 840 kWh，厂用电率下降 0.396%；与冬季采用未改叶型的 低转速循环水泵比较，1 h 耗电量下降 28 kWh，双机 运行 1 d 可节省厂用电量 1 344 kWh， 厂用电率也 下降 0.033 6%。 3.3 叶轮表面处理
盘根 压兰
泵壳 泵轴
泵内水
图 2 循环水泵密封装置示意图
盘根套
在准能公司发电厂经常会出现循环泵轴向串动 的现象，分析原因主要有循环水中有异物、循环水泵 轴中心定位不准、推力轴承损坏、电动机磁力中心不 对中等。 准能公司发电厂循环水泵的轴封不适合采 用机械密封， 副叶轮密封和浮动环密封从结构特点 和适用范围上考虑也不适合， 只能从原有结构上寻 找解决的办法。 3.4.2 解决的途径
国家金属腐蚀控制工程技术研究中心研制出一 种新型的腐蚀防护涂料— ——SEBF 熔融结合的环氧 树脂粉末涂料。
SEBF 熔融结合的环氧树脂粉末涂料优势突出， 能有效解决因铸造加工原因造成的叶轮表面粗糙问 题，从而提高水泵效率，同时也解决了因水泵汽蚀对 叶轮的损坏问题和腐蚀性介质对泵体的腐蚀问题。 铸 铁 叶 轮 用 SEBF 熔 融 结 合 的 环 氧 树 脂 粉 末 涂 料 喷涂后具有防汽蚀和抗腐蚀性能， 可替代不锈钢叶 轮。 2.2 轴端密封 2.2.1 存在的问题
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添加到盘根室内。 通常使用的盘根填加方法出现许 多问题。经过试验比较，采用先按轴套的外经尺寸和 盘根室内径尺寸加工好专用胎具， 把盘根在胎具中 压制成型后再填加的方式，盘根比较均匀，也避免了 盘根过长或过短造成的不利影响。
项目 流 量 / （t·h-1）
参数 10 000
扬 程 /m
18.5
功 率 /kW
Βιβλιοθήκη Baidu
586
转 速 / （r·min-1）
485
型号
Y800_12/1430
配套电机 技术参数
电 压 /V 电 流 /A 功 率 /kW 转 速 /（r·mim-1）
6 000 103 800 494
原设计循环水泵为单机单台循环水泵运行，不 能根据环境温度和负荷的变化调整出口流量及耗电 量的问题，能耗较大。 为了降低能耗，先后对循环泵 进行了 2 次改造， 并对叶轮表面和轴端密封进行了 处理。 3.1 改变电机级数
在 2 次技术改造基础上，利用 2006 年小修机会 又对新改造的循环泵叶轮用 SEBF 熔融结合的环氧 树脂粉末涂料进行表面处理， 处理后的效果如图 1 所示。 处理前后主要指标见表 4。
图 1 叶轮表面采用环氧树脂粉末涂料处理后效果
表 4 叶轮表面采用环氧树脂粉末涂料处理 前后主要技术数据
项 目 流量/（t·h-1） 扬程/m
目前我国卧式循环水泵的密封通常采用带密封 环的软填料密封形式，但使用效果并不理想，存在以 下问题：
（1） 功率消耗大，尤其是新加完盘根后和紧完 压盖之后。
（2） 密封效果不好，达不到无渗漏要求。 （3） 由于压盖对盘根加的力是靠盘根一级一级 向里传递的，压紧力沿轴向分布不均匀，靠近压盖处 盘根磨损快，盘根使用时间短更换频繁。 （4） 由于压紧力不匀，靠近压盖处大，加上轴套 材质问题，轴套的磨损不均匀，靠压兰处磨损大，轴 套磨损后又加剧了密封的难度。 2.2.2 解决办法 各发电厂采用机械密封替代软填料密封。 机械 密封具有泄漏量小、轴磨损小、耐震性好、寿命长、运 用范围广等优点。 但由于大轴径的机械密封结构复 杂、加工困难，所以价格很高，限制了它的推广使用。
通过分析和试验，采取如下措施是行之有效的。 3.4.2.1 取消循环泵的水封环
一般循环泵都带有水封环。 水封环与泵的出口 相通，设计目的是润滑和防止空气吸入泵内，但由于 循环泵的位置都低于水位，一般不会出现入口负压。 另外，盘根的材料有自润滑性能，可以替代水封环密 封，因此密封环作用不大，如果去掉密封环或关闭密 封环的供水，密封的效果会更好，也可以降低压兰紧 力，减少摩擦，从而提高工作效率。 3.4.2.2 用油封密封圈替代部分盘根
[摘要] 针对循环水泵效率低的问题，神华准格尔能源有限责任公司矸石发电公司（简称
准能公司发电厂）经过问题查找和原因分析，结合本厂实际情况，对 2 台循环水泵进行了 2 次
技术改造，并对叶轮表面进行了处理，通过取消水封环、用油封密封圈代替盘根等措施解决了
轴端密封问题。 改造处理后的循环水泵效率有较大的提高，达到了节能优化的目的。
表 2 循环水泵改造前后主要技术参数
项目
改造前 改造后
流量 /（t·h-1）
10 000
8 603
扬程 转速 电机级数 电流
/m /（r·min-1） /级
/A
18.5
494
12
103
13.69 425
14
84
功率 /kW
885
583
3.2 更换叶轮 第二次改造将原有叶轮更换成高效叶轮， 更换
前后主要技术数据如表 3。 经 2003 年三季度试运， 夏季采用改型后低转速
3 准能公司发电厂循环水泵改造
准能公司发电厂 2×100 MW 火力发电机组采用
的闭式循环水系统由 2 座双曲线自然通风冷却塔和
4 台单级双吸水平中开卧式布置的循环水泵以及辅
助设备组成。 循环水泵采用沈阳水泵厂生产的
48SH-22A 型水泵，水泵的主要技术参数如表 1。
表 1 48SH-22A 型循环水泵主要技术参数
提高铸造的工艺水平是提高水泵效率的根本办
[收稿日期] 2009-01-13 [作者简介] 王立新（1967—），男，内蒙古人，毕业于长春工程学院，硕士，高级工程师，从事电厂管理工作。
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法， 但国内铸造水平相对落后， 与发达国家差距很 大，铸造业发展缓慢。 2.1.2.2 打磨
第一次技术改造先后将 1 号机 1 号循环水泵、2 号机 2 号循环水泵的电机改为高、低转速电机。经过 现场试验，可根据环境温度控制循环水泵，第一、四 季度采用低转速循环水泵运行（单机单台运行，单耗 约为 0.71%），第二、三季度采用高转速循环 水 泵 运 行（单机单台运行，单耗约为 1.05%），可保证凝汽器 真空度，同时降低了循环水泵耗电量，每台高低转速 循环水泵 1 h 耗电量降低 301.67 kWh，双机运行 1 d 可节省厂用电 14 480 kWh。 1 d 发电量按 4 GWh 计 算，每天厂用电率下降约 0.362%。 改造结果见表 2。
2 改造中存在的问题及处理
近几年许多科研单位和大型水泵生产厂家投入 了很大的精力进行技术引进和研究开发， 取得了很 好的成果， 如 100 MW 机组所配置的卧式循环泵改 造成高效叶轮后水泵效率可提高 14%，但是仍然存 在一些问题有待探讨解决。 2.1 叶轮及泵体表面光洁度 2.1.1 存在的问题