土木建筑學(xué)術(shù)文庫第13卷2010 年杭汽發(fā)真空冷卻砂處理循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題與分析.湯侗李然(機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院)(河南智中建筑工程設(shè)計(jì)院)摘要冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)于不同壓力流量要求的用水點(diǎn)應(yīng)該如何選擇合適水泵來滿足，選擇不合適的水泵會(huì)帶來怎樣的問題，我們通過對(duì)中國重汽集團(tuán)杭州發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司鑄造廠搬遷改造項(xiàng)目砂處理工部循環(huán)水泵房的工況分析來具體討論一下。關(guān)鍵詞真空冷卻混砂機(jī) 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)變頻機(jī)組中國重汽集團(tuán)杭州發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司鑄造廠搬遷改造項(xiàng)目砂處理工部安裝- - 臺(tái)真空冷卻混砂機(jī)。給排水專業(yè)需要提供循環(huán)冷卻水，工藝專業(yè)所提資料要求流量350m2/h,壓力0.40MPa。按照所提資料我專業(yè)選擇流量365m/h、揚(yáng)程0.52MPa、功率90kW、轉(zhuǎn)速1450r/min.額定電流165安培的水泵兩臺(tái)(一用- -備)。設(shè)備安裝完成進(jìn)行試運(yùn)行,循環(huán)水回水管閥門全開,按照離心泵開機(jī)原則進(jìn)行閉閥啟動(dòng),待水泵出口壓力表達(dá)到0.5MPa時(shí)打開出水閥門，當(dāng)出水閥門開啟至30°時(shí)電流表顯示電流已達(dá)到150安培。當(dāng)出口閥門開至50°時(shí)已經(jīng)超過了額定電流，再開大閥門則水泵配電柜開關(guān)過流自動(dòng)保護(hù)跳閘。按照正常情況水泵出口閥門全開電流不應(yīng)超過額定電流。由于配電柜內(nèi)安裝了軟啟動(dòng)器,且工作正常，排除了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)峰值電流過大引起開關(guān)跳閘的因素,則問題應(yīng)出在水泵啟動(dòng)后實(shí)際出流量與設(shè)計(jì)出流量的差別上?，F(xiàn)在我們來分析-下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。該設(shè)備共兩個(gè)循環(huán)水用水點(diǎn)。-個(gè)是在4m平臺(tái)上的板式換熱器冷卻循環(huán)水,其要求水量為320m/h,所需水壓0.20 MPa。另-個(gè)為30m平臺(tái)上的真空冷卻罐冷卻循環(huán)水，其要求水量為30m2/h,所需水壓0.40MPa。所提資料為低位置用水點(diǎn)的水量,高位置用水點(diǎn)的壓力,這樣就導(dǎo)致水泵選型和工況不符的現(xiàn)象。那是怎么造成水泵電機(jī)過流的呢?n)| 0xU)Yo-%0-E s黑線一 水泵特性曲線藍(lán)線-- 功辜曲線中國煤化工綠線一箐道特性曲線CNMHGI線-- 效率曲線0(n7h)圖1430杭汽發(fā)真空冷卻砂處理循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題與分析圖1為水泵的參數(shù)曲線，水泵特性曲線(Q -H) 與管道特性曲線(Q- Zh) 的交點(diǎn)即為水泵的工況點(diǎn)，即圖中點(diǎn)M.此處的流量和揚(yáng)程以及該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的軸功率和效率為水泵實(shí)際工況。圖中Hst為水泵凈揚(yáng)程(即水泵吸水水盤的設(shè)計(jì)水面與用水點(diǎn)最高水位之間的距離)其數(shù)值為30m為工藝資料中用水點(diǎn)的高度。而實(shí)際在第一層的4m平臺(tái)上就有一個(gè)需要流量320 m/h的板式換熱器，即實(shí)際Hst= -4m,與資料相差31m。由于Hs圖It坐標(biāo)降低，使得管道特性曲線整體下移為(Q←zh)'該曲線與水泵特性曲線交于A點(diǎn)。此點(diǎn)為現(xiàn)場水泵實(shí)際工況點(diǎn)，該點(diǎn)流量急劇增大、揚(yáng)程變小、但e- -H特性曲線比較平滑，揚(yáng)程減小的幅度較小，因此軸功率大增，以至軸功率超過所配電機(jī)的功率限額。由于水泵動(dòng)力來源于電動(dòng)機(jī),水泵軸功率增大即電機(jī)輸出功率增加，又因?yàn)殡姍C(jī)輸人電壓為380V不變,則功率變大引起電流變大,使得水泵電機(jī)在使用時(shí)發(fā)生了過流的現(xiàn)象。為了使水泵正常使用且不超過額定工作電流，現(xiàn)場采取了關(guān)小回水閥門的方法，減小流量，降低了軸功率，也就降低了電流。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)回水閥門關(guān)閉60%的時(shí)候供水閥門全開電流表顯示電流為145A,雖然不是最佳工作電流，但也維持在安全電流以內(nèi),且出水量仍能滿足工藝專業(yè)的要求。為什么回水閥門關(guān)小不影響出流量而且使得電流維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)呢?根據(jù)圖2我們能夠看到，對(duì)于管道特性曲線,關(guān)小出水閥門相當(dāng)于增加了管道的水力損失，特性曲線變陡，與水泵特性曲線相交于B點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水泵流量變小、揚(yáng)程變大、軸功率變小。根據(jù)以上分析其電機(jī)電流變小。另外其流量減少是在A點(diǎn)的基礎(chǔ)上, A點(diǎn)流量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)流量,在此基礎(chǔ)上雖有所減小但其實(shí)際值還是可以滿足使用要求的。但這樣的方法建立在犧牲水泵效率的基礎(chǔ)上。人為增加管道損失，改變水泵的工況點(diǎn)，使大量的功率耗費(fèi)在閥門水力損失上,浪費(fèi)了電能，是非常不經(jīng)濟(jì)的。↑QWGH幾-《由)黑線一 -水泵特性曲線藍(lán)線--功率曲線綠線一管道特性曲線| 紅線一 -效奉曲線Pa(n?h)圖2如果要從根本上改變此泵房水泵的運(yùn)行工況，則要從水泵選型和配置上著手,按照實(shí)際情況應(yīng)采取大流量低揚(yáng)程水泵搭配高揚(yáng)程低流量水泵使用，即一組流量343 m/h、揚(yáng)程24m、功率45kW的DFG200-315( I )A/4/45水泵(-用一備)和一組量30 m2/h、 揚(yáng)程48m、功率1IkW的DFG65- 400/4/11水泵(一用-備)。對(duì)應(yīng)實(shí)際的兩個(gè)工況點(diǎn)，根據(jù)不同的情況進(jìn)行揩配使用。對(duì)于已建成的水泵房按照此方案進(jìn)行改造其牽扯的內(nèi)容旗花下變化、更換水泵及泵房內(nèi)管道布置改變等。涉及專業(yè)比較多。能否不更抄中國煤化工;進(jìn)行調(diào)整呢?THCNMH(首先考慮滿足工藝板式換熱器的要求。我們看看切削葉九心的口的。這需要計(jì)算原配置水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。水泵此轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算公式為:431土木建筑學(xué)術(shù)文庫第12卷2010 年n, = 3.65(Q12)(H)(/)(1)式中, ns為比轉(zhuǎn)速( r/min ); Q為水泵的流量( m'/s ); H為水泵揚(yáng)程( m ); n為水泵的轉(zhuǎn)速( r/min)。將原配置水泵參數(shù)帶入式(1)得n, = 3.65 x 1450 x (630)121 (52)/)即n, =87.3。根據(jù)《水泵及水泵站》(第三版)中葉輪切削限量表中數(shù)據(jù){2}該水泵的比轉(zhuǎn)速在120- 60之間,所以葉輪切削百分?jǐn)?shù)應(yīng)在15%~20%之間。而我們需要切削后的揚(yáng)程為0.24MPa。原配置水泵揚(yáng)程0.52MPa.根據(jù)葉輪切削律: .H'IH=(D2'ID2)4式中，H'為葉輪外徑切削為D.'時(shí)水泵揚(yáng)程(MPa); D'為葉輪切削后外徑(mm); H、D2為水泵葉輪外徑切削前揚(yáng)程和外徑(單位同上)。可得如果要滿足原配置水泵揚(yáng)程由0.52 MPa 降至0.24MPa則該水泵葉輪被切削百分?jǐn)?shù)為32%。是超出該比轉(zhuǎn)速水泵葉輪切削限量范圍的，無法滿足動(dòng)平衡要求。所以利用切削葉輪來達(dá)到目的是行不通的。即原配置水泵加裝變頻器能否滿足降低揚(yáng)程穩(wěn)定流量的要求呢?變頻器遵循水泵中的比例定律。Q1/Qz n/mzH)/H2=(n/n2)2(4)NINz=(n/n2)'式中: Q, H, N-轉(zhuǎn)速n時(shí)的流量(m's),揚(yáng)程(m),軸功率(kW)。2, H, N- -轉(zhuǎn)速n2時(shí)的流量(m'/s)、 揚(yáng)程(m)軸功率(kW )。由于系統(tǒng)最高用水點(diǎn)所需壓力為0.40MPa,則將變頻器定壓值設(shè)置為0.40MPa。當(dāng)只有板式換熱器工作時(shí)，系統(tǒng)所需壓力為0.20MPa, 流量為320 m'/h。 而變頻器定壓為0.40MPao根據(jù)公式(4)可知此工況下變頻器將自動(dòng)增大轉(zhuǎn)速而達(dá)到增加揚(yáng)程的目的,但同時(shí)也根據(jù)公式(3)水泵出流量也會(huì)隨之增大，根據(jù)先前的分析此時(shí)水泵電機(jī)軸功率將增大，電機(jī)電流會(huì)超出額定范圍引起過流停機(jī)。對(duì)以上問題的分析，我們可以看到能最有效滿足設(shè)備冷卻要求的方案就是采用大小水泵配合使用的方法。從中我們可以得出結(jié)論:在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，如果冷卻水用水點(diǎn)不止-處而且每處的用水量及壓力差別很大時(shí)則應(yīng)該分開設(shè)置循環(huán)水泵，搭配使用。參考文獻(xiàn)川姜乃昌,金錐.《水泵及水泵站》|M].3版中國建筑工業(yè)出版社, 46.中國煤化工MHCNMHG432