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關(guān)鍵字:循環(huán)水泵 電力消耗 循環(huán)阻力 水力平衡 價值工程
1 循環(huán)水泵容量過大的問題
循環(huán)水泵容量過大在我國是普遍存在的問題,其容量常常達到實際需要的2-4倍,造成工程投資和運行費用的嚴重浪費。其主要原因如下:
1.1 設(shè)計冷負荷偏大
設(shè)計冷負荷是選擇設(shè)備的主要依據(jù),所以正確地計算建筑冷負荷對整個空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計十分重要。目前,教科書及設(shè)計手冊中提供的空調(diào)負荷計算方法不論是計算圍護結(jié)構(gòu)的墻壁負荷,還是門窗負荷,其計算結(jié)果都是針對某一具體房間而言。然而,空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備容量是依據(jù)整個建筑的冷負荷確定。由于建筑內(nèi)各房間的朝向、位置、使用功能及其發(fā)熱源等因素的不同,往往造成各房間最大冷負荷出現(xiàn)的時間并不相同。因此,建筑冷負荷的最大值應(yīng)為每個房間逐時負荷疊加的最大值。據(jù)調(diào)查在我國有部分設(shè)計人員在計算建筑冷負荷時只是簡單地將每個房間的最大冷負荷進行疊加,導(dǎo)致計算結(jié)果遠大于實際需求負荷。所以我們必須對此給予足夠的重視,使設(shè)計負荷的確定更加合理正確。
1.2 系統(tǒng)循環(huán)阻力偏大
在計算系統(tǒng)循環(huán)阻力時,由于設(shè)計人員經(jīng)驗不足,使得一些計算參數(shù)取值過于保守,造成循環(huán)阻力計算值偏大,更有甚者,在施工圖設(shè)計階段采用估算方法確定循環(huán)阻力,致使計算循環(huán)阻力比實際值大一倍以上。
1.3 系統(tǒng)靜壓問題
空調(diào)系統(tǒng)充滿水才能運行,水泵的進、出口承受相同的靜水壓力。因此,所選水泵的揚程只克服管道系統(tǒng)阻力即可。然而,有的設(shè)計者卻把靜水壓力也計入該循環(huán)阻力之內(nèi),這當(dāng)然會使循環(huán)水泵的容量增大很多。
1.4 系統(tǒng)水力平衡問題
由于設(shè)計時不認真進行系統(tǒng)的水力平衡計算,工程竣工后又未按要求進行全面調(diào)試,往往造成系統(tǒng)水力失調(diào),系統(tǒng)出現(xiàn)冷熱不均的現(xiàn)象。有些技術(shù)人員錯誤地認為造成此現(xiàn)象的原因是循環(huán)水泵的容量太小,結(jié)果只簡單地采用加大水泵的方法解決了之,自然也就使水泵容量增大。
2 水泵特性曲線及最佳工作點
2.1 水泵的流量——揚程特性曲線
水泵的流量——揚程特性曲線一般有三種類型:平坦型、陡降型、駝峰型(如圖 2.1所示)。用于空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)的水泵應(yīng)具有平坦特性,其零流量與最大流量之間的揚程變化范圍不應(yīng)大于10%-15%;陡降特性的水泵由于其最大流量與最小流量間的揚程變化太大,故不宜選用;駝峰特性的水泵也不可采用,因為在兩臺水泵并聯(lián)運行時可能引起負荷和揚程的周期變化,而當(dāng)這一變化的頻率等于系統(tǒng)的自振頻率時便產(chǎn)生危險的“振蕩現(xiàn)象”,而此現(xiàn)象將對系統(tǒng)的正常運行造成一定影響。
2.2 最佳工作點
如圖2.2所示:循環(huán)水泵的最佳工作點是水泵特性曲線與系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線的交點A。但是,由于種種原因,系統(tǒng)的實際流量總是大于設(shè)計計算流量,其結(jié)果是設(shè)計水泵工作點沿水泵特性曲線向右偏移(如圖2.2 B點)。
在水泵工作點向右偏移時,循環(huán)水泵所產(chǎn)生的揚程降低,這對系統(tǒng)的正常運行是極其不利的,尤其是系統(tǒng)中最不利環(huán)路,將促使該環(huán)路的流量進一步減少,影響正常使用功能。
造成工作點右移的原因主要有兩個方面:首先是設(shè)計中水力計算采用過大的安全系數(shù)及不實際的壓降計算方法,其次是設(shè)計的系統(tǒng)未進行認真的水力平衡計算,而施工后又未進行嚴格的系統(tǒng)調(diào)試。因此,為使系統(tǒng)按設(shè)計工況運行,除應(yīng)認真仔細地進行相關(guān)計算外,還應(yīng)在選擇水泵時將水泵的工作點選擇在最佳工作點左側(cè)適當(dāng)?shù)奈恢茫苑浪脤嶋H工作點超出一定范圍處于不經(jīng)濟的運行狀況,影響系統(tǒng)正常運行。
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3 循環(huán)水泵的技術(shù)經(jīng)濟分析
3.1 循環(huán)水泵的臺數(shù)選擇
《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GBJ19-87,2001年版)第6.1.11條規(guī)定:冷水泵(一次泵)的臺數(shù)及流量,應(yīng)與制冷機的臺數(shù)及設(shè)計工況下的流量相對應(yīng)。二次泵的設(shè)置,應(yīng)根據(jù)冷水系統(tǒng)的大小、各并聯(lián)環(huán)路壓力損失的差異程度、使用條件和調(diào)節(jié)要求等通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。然而在實際工作中,設(shè)計人員往往未對空調(diào)系統(tǒng)各種設(shè)備的綜合配置進行全面的技術(shù)經(jīng)濟分析,結(jié)果造成工程初投資增加及“大馬拉小車”等浪費資源的現(xiàn)象。為避免發(fā)生該現(xiàn)象,廣大設(shè)計人員在方案設(shè)計階段應(yīng)依據(jù)使用功能、高低峰負荷時間、系統(tǒng)特征以及其它條件,針對空調(diào)系統(tǒng)中的冷水機組、循環(huán)泵、冷卻塔等設(shè)備的綜合配置進行全面充分的技術(shù)經(jīng)濟分析,以期在滿足使用功能的前提下降低工程造價和運行費用。
3.2 工程壽命周期成本
筆者認為在進行循環(huán)水泵、冷水機組等設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟分析時應(yīng)引入一個概念——工程壽命周期成本。工程壽命周期成本是工程設(shè)計、開發(fā)、建造、使用、維修和報廢等過程發(fā)生的費用,也即該項目在其確定的壽命周期內(nèi)或在預(yù)定的有效期內(nèi)所需支付的設(shè)計費、建安費、運行維修費、報廢回收費的總和。在不同項目和不同項目階段壽命周期成本也大不相同(如圖 3.1 所示)。通常情況下,運營及維護成本往往大于項目建設(shè)的一次性投資。因此在進行技術(shù)經(jīng)濟分析時,應(yīng)明確壽命周期成本包括的費用項目、各項費用的內(nèi)容和范圍以及它們在費用構(gòu)成體系中的相互關(guān)系,這對我們進行技術(shù)經(jīng)濟比較十分重要。
3.3 價值工程
價值工程是以提高產(chǎn)品或作業(yè)價值為目的,通過有組織的創(chuàng)造性工作尋求用最低的壽命周期成本可靠地實現(xiàn)使用者所需功能的一種管理技術(shù),其表達式如式3.3.1。
V = F/C (3.3.1)
式中 V——研究對象的價值
F——研究對象的功能
C——研究對象的成本
價值工程技術(shù)已廣泛運用于研發(fā)、設(shè)計、建造等各行各業(yè),其核心思想是以最低的壽命周期成本使產(chǎn)品具備它所必須具備的功能。在空調(diào)設(shè)備選型及技術(shù)經(jīng)濟分析時,設(shè)計者應(yīng)充分運用價值工程理念,力爭以最低工程投資達到必須的使用功能。當(dāng)然就目前情況看,要達到這樣的設(shè)計水平尚需時日,但廣大設(shè)計人員應(yīng)朝這個方向努力,以期取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
4 結(jié)論
① 在空調(diào)設(shè)計中應(yīng)客觀準確地計算冷負荷和系統(tǒng)阻力,避免因此而造成設(shè)備選型偏大;
② 選擇循環(huán)水泵時,注意水泵工況點向右偏移現(xiàn)象,以保障水泵揚程變化在系統(tǒng)正常運行的允許范圍之內(nèi);
③ 工程壽命周期成本和價值工程都是工程經(jīng)濟評價的良好工具,在做技術(shù)經(jīng)濟分析時應(yīng)充分運用它們。
關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵 監(jiān)理
中圖分類號:U464.138+.1 文獻標識碼:A 文章編號:
一、循環(huán)水泵不對中狀態(tài)與對中的分類
第一,循環(huán)水泵的不對中狀態(tài)。 循環(huán)水泵的對中 ,是以一臺循環(huán)水泵側(cè)半邊聯(lián)軸器的中心線為基準,通過調(diào)整與循環(huán)水泵電機相連的半邊聯(lián)軸器的相對位置,使電機和泵運行時軸線處于同一條直線。 同軸度是用來描述電機和泵兩軸線相對位置的一組數(shù)據(jù),由徑向和軸向值組成。 不對中的狀態(tài)可分為平行不對中、 角向不對中和平行角向綜合不對中三種情況。 循環(huán)水泵對中按運行后的狀態(tài)又分為冷對中和熱對中。循環(huán)水泵在冷態(tài)時處于對中狀態(tài),但在熱態(tài)時,由于熱膨脹的存在,卻不一定在對中狀態(tài)。 因此,循環(huán)水泵對中應(yīng)以熱態(tài)對中數(shù)據(jù)為準。 要提高對中的質(zhì)量不僅要縮短對中時間,而且要提高對中技術(shù)。 實際工作中,安裝人員憑個人經(jīng)驗,用加減底座墊片的方法進行設(shè)備對中操作, 工作量大且不穩(wěn)定,尤其是在一些循環(huán)水泵精密對中或要求熱對中時,必須采取理論計算來調(diào)整,才能有效準確地完成對中工作。
第二,對中準備。 電機和循環(huán)水泵對中前 ,要確認影響電機和循環(huán)水泵對中狀態(tài)的管道和循環(huán)水泵部件是否已連接到循環(huán)水泵上,這些管道和部件是否存在應(yīng)力,否則在外力下強制接,會影響電機和循環(huán)水泵對中的結(jié)果。 對中時,要確定以哪一個設(shè)備為基準,先調(diào)整基準設(shè)備,然后調(diào)整非基準設(shè)備,使之與基準設(shè)備同軸。
第三,對中步驟。 電機和循環(huán)水泵對中包括同軸度的測量和電機位置的調(diào)整兩個步驟,對中的過程是不斷重復(fù)這兩個步驟,直到測量的數(shù)據(jù)符合對中標準的要求。 通常的做法是用雙分表測量對中數(shù)據(jù),在兩個等待對中的軸端,架裝找正支架和兩塊表,一塊軸向表,一塊徑向表(如果軸向有竄動量,可再加一塊測量軸向偏差的表,軸向的兩塊表,必須對稱地裝在同一個旋轉(zhuǎn)半徑圓周上)。 測量時用兩個表,同時轉(zhuǎn)動兩軸來測量徑向和軸向值(或制作專用卡具測量)。 如測量聯(lián)軸器時,兩聯(lián)軸器向同一方向步進旋轉(zhuǎn),分別測量 1 點(0°位置,即上垂直位置),2 點(90°位置),3 點(180°位置,即下垂直位置),4 點(270°位置)的徑向和軸向值,記為(a1,s1)、(a2,s2)、(a3,s3)、(a4,s4)。 在測量時要注意數(shù)據(jù)的 “+”“-”值 ,即這 8 個數(shù)據(jù)都是代數(shù)值。 當(dāng)兩聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)一周并重新回到 1 點位置時,此時表就應(yīng)回到(a1、s1)的數(shù)值 ,倘若不回到原數(shù)值 ,可能是表松動或卡具安裝不固定,必須調(diào)整,直到測量的數(shù)值正確為止。 最后所測的數(shù)值,應(yīng)符合 a1+a3= a2+a4;s1+s3=s2+s4的條件。
如果測量結(jié)果符合條件,說明測量過程和結(jié)果正確。 對中的徑向和軸向值測量完畢后,可以根據(jù)對中偏移情況進行調(diào)整。 其實,對中的主要工作是加減支座的墊片,只要上下的對中數(shù)據(jù)控制在要求的范圍之內(nèi),左右的偏差可很容易地調(diào)整好。因此,對中的計算關(guān)注的是上下的對中數(shù)據(jù)。由于測量初始值 a1、s1可以任意確定,所以一個實際對中狀態(tài),就有無窮個測量數(shù)據(jù),所測的數(shù)據(jù)本身沒有意義,只有數(shù)據(jù)相對值才有意義,│s3-s1│、│a3-a1│的值才能真正反映對中的真實狀況。 實際操作中,習(xí)慣將 a1、s1的數(shù)值調(diào)為零。 因此,一般情況下,對中的任務(wù)就是將 a3、s3的數(shù)據(jù)調(diào)整到位。 所以說對中的工作主要是指上下的徑向值和軸向值的調(diào)整,左右的調(diào)整可參考上下對中的方法。
二、對中計算
循環(huán)水泵對中時一般堅持的原則是:先對軸向,后對徑向;先調(diào)上下,后調(diào)左右。 各種資料中關(guān)于對中的計算方法很多,但是分析計算較為復(fù)雜,不利于施工人員掌握和學(xué)習(xí)。 下面的方法,是在長期監(jiān)理實踐中不斷摸索總結(jié)的,可以準確快捷地進行對中的計算和操作,從而保證循環(huán)水泵的安裝進度和整個工程的進度。按一般工況下的電機和循環(huán)水泵對中狀態(tài)進行公式的推導(dǎo),以既不平行,又不同心的偏移情況進行對中計算,并假設(shè):以從動機(循環(huán)水泵)為基準測主動機(電機)側(cè)的徑向、軸向值, 測量結(jié)果:s3-s1>0,a3-a1>0, 則對中偏移情況如圖 1所示。根據(jù)三角關(guān)系得出:若要兩軸對中,主動機(電機)支座1 須加 δ1厚的墊片,支座 2 須加 δ2厚的墊片。其中,D 為聯(lián)軸器的計算直徑,L 為主動機兩支座之間距離,l 為主動機支座1 到半聯(lián)軸器之間距離,可得公式(1)和(2):
公式(1)和公式(2)的意義為:可以從電機和循環(huán)水泵的任何一種對中狀態(tài)(a1、s1),(a3、s3),通過在主動機(電機)支座 1 加δ1 厚的墊片,支座 2 加 δ2 厚的墊片后,電機和循環(huán)水泵即可達到冷態(tài)零對零的對中狀態(tài)。在使用上述公式時應(yīng)注意, 當(dāng)用千分表測聯(lián)軸器表面時,計算直徑 D 為聯(lián)軸器的外徑。當(dāng)用卡具測量對中數(shù)據(jù)時,則以卡具的最大外徑作為計算直徑。 同時,公式中 δ1、δ2 都是代數(shù)值。 若 δ>0,則表示支座下加 δ 厚的墊片;若 δ
式(3)(4)的意義為:通過測量或已知支座 1、2 熱運行后的熱位移值(δ1,δ2),可以計算出保證在熱態(tài)設(shè)備對中的情況下 ,必須在冷態(tài)下要對出的數(shù)據(jù)(a1,s1),(a3,s3)。計算出冷態(tài)的熱對中數(shù)據(jù)后,才能從一般狀態(tài)(a1′,a3′),(s1′,s3′)快速準確地加減墊片 δ1、δ2,對出設(shè)備熱對中時的冷態(tài)數(shù)據(jù)(a1、a3)、(s1、s3),同理可以推導(dǎo)出
公式(5)(6)的意義是:在對中狀態(tài)(a1′,a3′),(s1′,s3′)下 ,支座1 加 δ1墊片,支座 2 加 δ2墊片,則對中狀態(tài)變成(a1,a3)、(s1,s3)。也可理解為:在知道目前對中狀態(tài)后,加減 δ1、δ2即可達到所希望的對中狀態(tài)。 此公式為對中的通用公式,公式(1)(2)只不過是其特殊情況下的表述。
三、總結(jié)
循環(huán)水泵型號,要求安裝單位人員先運轉(zhuǎn)代表性的循環(huán)泵,實際測量出該種型號循環(huán)水泵熱態(tài)時的抬高量,其他水泵根據(jù)此數(shù)值進行冷態(tài)下的調(diào)整, 調(diào)整完畢后在循環(huán)水泵帶負荷調(diào)試后復(fù)測,沒有出現(xiàn)需要重新調(diào)整的情況。
【關(guān)鍵詞】熱水供暖;循環(huán)水泵;選擇;節(jié)能
熱水供暖系統(tǒng)中設(shè)置的循環(huán)水泵是向用戶輸送熱媒的主要設(shè)備,也是鍋爐房中耗電量較大的設(shè)備,其用電量約占鍋房總用電量的40%一70%。實際工程中,循環(huán)水泵容量偏大的現(xiàn)象較為普遍,有的甚 至達到原參數(shù)的2倍以上,如果循環(huán)水泵的流量和 揚程偏大,會造成電能的嚴重浪費。
1循環(huán)水泵偏大的原因
造成循環(huán)水泵容量偏大的原因主要有以下幾 點:一是有的設(shè)計人員沒有認真計算熱負荷和系統(tǒng) 阻力,尤其是外網(wǎng)和鍋爐房的阻力,采用估算方法,為保險起見,估算值過大,使選的水泵流量和揚程加 大很多;二是有的系統(tǒng)運行后沒有進行認真的初調(diào) 節(jié),一旦系統(tǒng)出現(xiàn)水力失調(diào),有人認為是水泵容量不夠,而盲目換大泵;三是有個別設(shè)計者對循環(huán)水泵揚程的概念不清:對承壓鍋爐采暖系統(tǒng),定壓點設(shè)在循環(huán)水泵吸水側(cè),循環(huán)水泵進出口均承受相同的靜水壓力,因此,其揚程不需要考慮用戶系統(tǒng)的高度,只 要克服管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力即可。但有的設(shè)計者卻將系 統(tǒng)高度計入揚程中,這就使循環(huán)水泵揚程大大增加; 四是多層建筑采用常壓在鍋爐供熱系統(tǒng),使循環(huán)水泵揚程增加。常壓鍋爐系統(tǒng),由于鍋爐與大氣相通, 壓力很低,供暖水泵進口與出口靜水壓力不同,此處 的水泵只是起向系統(tǒng)“揚升”供熱水的作用,不起循 環(huán)作用,回水則靠系統(tǒng)高差克服回水阻力自流至鍋 爐房。水泵的揚程只需克服供水干管阻力,水泵入 口處管道阻力及系統(tǒng)高度,將熱水送人系統(tǒng)最高用 戶略有余量即可,這種場升供暖的水泵應(yīng)稱為供暖給水泵,以區(qū)別于閉式系統(tǒng)的循環(huán)水泵,顯然選擇鍋爐的類型決定著水泵的揚程的大小,以及系統(tǒng)耗能情況。因此,設(shè)計人員選擇鍋爐時要重視常壓鍋爐 系統(tǒng)供暖給水泵“揚升”供暖使電耗增加的特點,選擇鍋爐時要考慮系統(tǒng)的節(jié)能。建議三層以上的建筑 不要采用常壓鍋爐揚升供暖系統(tǒng)。以免水泵揚程增 加使電耗增加;五是選水泵時,因水泵規(guī)格系列所限,很難選到流量,揚程完全一致的水泵,一般都選大一號的,這樣層層加碼,致使容量偏大,甚至達2倍以上。
據(jù)調(diào)查,現(xiàn)有運行中的鍋爐,其溫差多數(shù)在 10~15℃,個別溫差僅為8℃,也就證明了水泵容量偏大。 水泵容量偏大,一方面破壞了原設(shè)計的水力工況,另一方面又增加了水泵運行的耗電量。
2鍋爐循環(huán)水泵的選擇
2.1循環(huán)水泵容量的確定 循環(huán)水泵的流量是按采暖室外計算溫度下的用 戶耗熱量之和確定的,而在整個采暖期內(nèi)室外氣溫 達到采暖室計算溫度的時間很短,使大部分時問水 泵流量偏大。選擇水泵之前首先應(yīng)確定熱網(wǎng)系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)方式,然后根據(jù)調(diào)節(jié)方式確定循環(huán)水泵的流量。 國家有關(guān)標準中較明確規(guī)定:對于采用集中質(zhì) 調(diào)節(jié)的供熱系統(tǒng),循環(huán)水泵的總流量應(yīng)不低于系統(tǒng)的總設(shè)計流量;揚程不應(yīng)小于系統(tǒng)的總壓力損失,即 循環(huán)泵的流量和揚程不必另加富裕量。 集中質(zhì)調(diào)的供熱系統(tǒng),多數(shù)處于小溫差,大流量 的工況下運行,經(jīng)濟上是不合理的。確定總流量(循環(huán)量)應(yīng)根據(jù)鍋爐額定供回水溫差來決定,比如14MW熱水鍋爐,供回水溫度120/60,額定循環(huán)量為200噸/小時而采用分階段 改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)的運行方式,可大量節(jié)約循環(huán)水 泵的耗電量。將采暖期按室外溫度的高低分為若干 階段,根據(jù)室外溫度決定需要運行的鍋爐臺數(shù),同時確定本階段循環(huán)水量及循環(huán)水泵運行方式。在每一個階段內(nèi)保持流 量不變,以滿足供熱需要。 對于采用相同容量鍋爐的情況,當(dāng)設(shè)一臺鍋爐 時,可選2臺100%流量的水泵;當(dāng)設(shè)2臺同容量鍋爐時,選用l臺100%總流量的水泵,2臺50%總流量的水泵,當(dāng)1臺鍋爐運行進,開一臺50%總流量的水泵,2臺50%的泵又可同時運行做為 100%泵的備用;設(shè)有了3臺同容量的鍋鍋爐時,可 造2臺33%的總流量的泵、1臺66%流量的和1臺 l00%流量的水泵。1臺鍋爐運行時,開啟33%的水 泵,2臺鍋爐運行開啟66%流量的水泵,3臺鍋爐同 時運行開100%流量的水泵。2臺33%流量的水泵 可做為66%泵的備用。也可分別選1臺33%流量、 1臺66%流量和1臺100%流量的水泵分別與1臺、 2臺、3臺鍋爐配套運行。 顯然采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)具有明顯的 節(jié)能效果。
2.2鍋爐本體水流量與電耗: 以熱水鍋爐為熱源的熱水供暖系統(tǒng),熱源內(nèi)部 阻力主要是鍋爐水流阻力,這一數(shù)值應(yīng)由鍋爐廠家 提供。當(dāng)選用的鍋爐在額定供回水溫度以下降溫運 行時,比如120/'60℃高溫水改為90/60℃低溫水鍋 爐,就要考慮在供出相同的熱量時, 實際循環(huán)水量要大于額定流量,使鍋爐水流阻力增 大。鍋爐供回水溫差減低一半,相應(yīng)的循環(huán)量增加一倍。鍋爐循環(huán)泵的流量和揚程、軸功率及葉輪轉(zhuǎn)速之間存在以下比例關(guān)系:
即: n1/n2=G1/G2
(G1/G2)2=H1/H2
(G1/G2)3=N1/N2
式中n1、n2――――水泵轉(zhuǎn)速
G1、G2――――水泵流量
H1、H2――――水泵揚程
N1、N2――――水泵軸功率
由此可以看出,水泵的揚程與流量的平方成正比,水泵的軸功率與流量的立方成正比。當(dāng)水泵的流量降低20%的時候,電機轉(zhuǎn)速就降低20%,而水泵的電耗將降低1-0.8*0.8*0.8=0.488,即減少48.8%,當(dāng)水泵流量降低50%的時候,電機轉(zhuǎn)速降低50%,水泵的電耗將降低1-0.5*0.5*0.5=0.875,即減少87.5%。所以,當(dāng)額定流量增加一倍的時候,那么它的電耗將是原來的8倍。因此在鍋爐運行時,我們要盡量按額定流量確定循環(huán)泵的運行頻率,盡量做到按設(shè)計溫差給定循環(huán)量,盡量避免大流量、小溫差的運行方式。相對于鍋爐總阻力,整個熱水輸送管道阻力更大,所以減小循環(huán)水量可以大大減小管道阻力,相對的可以減小循環(huán)水泵的揚程,從而達到減少循環(huán)水泵的總電耗。
3結(jié)語
3.1應(yīng)按分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)運行方式選擇 循環(huán)水泵,并詳細計算系統(tǒng)負荷及阻力,選擇合適的 水泵,不必另加富裕量。還要計算其耗電輸熱比是 否符合要求。同進應(yīng)注明水泵工作壓力,不要誤將 水泵揚程作為其工作壓力。
3.2盡量選供回水溫度合適的鍋爐,不宜使鍋爐降 溫運行;不宜選擇常壓鍋爐,不宜使鍋降溫運行;不 宜選擇常壓鍋爐揚升供暖方式,以免水泵揚程加大, 浪費電能。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:火電機組;循環(huán)水泵;節(jié)能;優(yōu)化
在電廠中,循環(huán)水泵是重要的輔機之一,也是耗電量較大的輔機之一,它消耗的電能約占廠總發(fā)電量的1%-1.5%。同時循環(huán)水泵的運行方式對凝汽器真空和汽輪機出力也有很大的影響。所以,在一定條件下合理確定循環(huán)水泵的運行臺數(shù)即實現(xiàn)循環(huán)水泵的最優(yōu)運行,是提高電廠運行經(jīng)濟性的重要措施,對電廠節(jié)能具有現(xiàn)實意義。目前國內(nèi)電廠多是采用定速或雙速循環(huán)水泵,通過改變循壞水泵的組合方式來調(diào)節(jié)循環(huán)水流量。循環(huán)水泵投入臺數(shù)增多,循環(huán)水流量就會增大,凝汽器壓力就會降低,從而增加汽輪機功率,但同時會引起循環(huán)水泵耗功率增大,增加廠用電率。根據(jù)熱經(jīng)濟性最佳的原則,當(dāng)汽輪機增加的功率與循環(huán)水泵消耗的功率兩者之間差值最大時,對應(yīng)的循環(huán)水泵運行方式最優(yōu)。在滿足機組正常運行的前提下,根據(jù)外界環(huán)境變化調(diào)配循環(huán)水泵運行臺數(shù),從而調(diào)節(jié)循環(huán)水流量,使機組運行的經(jīng)濟性最優(yōu),這就是本文擬研究的主要內(nèi)容。
一、循環(huán)水泵運行特性
(一)循環(huán)水泵
循環(huán)水泵向凝汽器提供冷卻水,用以凝結(jié)汽輪機排汽,保持凝汽器真空。如果失去循環(huán)水,凝汽器將失去冷源,機組將不能運行,所以,循環(huán)水泵可以說是汽輪發(fā)電機組最重要的輔機之一。循環(huán)水泵的工作特點是流量大、揚程低,這是因為每凝結(jié)1kg排汽約需冷卻水50-80kg[1]、循環(huán)水泵所提供的能量,主要用克服冷卻水在系統(tǒng)內(nèi)流動時的阻力以及由于水源與熱井水面高度不同所引起的勢能。循環(huán)水泵通常存在著并聯(lián)運行的工況,因為當(dāng)機組運行狀況發(fā)生變化(如負荷、水溫變化)時,循環(huán)水泵的輸出流量也會有很大變化。考慮到泵的揚程可能受到冷卻水管堵塞等原因的影響,要求循環(huán)水泵的揚程-流量曲線為陸降型。發(fā)電廠的大型循環(huán)水泵一般都采用軸流泵的形式。
(二)循環(huán)水泵的基本性能⑹
循環(huán)水泵的基本性能參數(shù)主要包括:流量Q、揚程H、效率n、功率N、轉(zhuǎn)速n、汽蝕余量NPSH等。
水泵的流量又稱為輸水量,是指單位時間內(nèi)流經(jīng)管道的有效截面的流體量,也稱瞬時流量。以體積表示時稱為體積流量QV(m3/s),以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)量流量Qm(kg3/s),兩者有如下關(guān)系
Qm= pgQv
其中,P為流體密度,g為重力加速度。
揚程為單位重量液體流經(jīng)粟后獲得的有效能量,是菜的重要參數(shù)之一又稱壓頭。揚程可表示為流體的壓力能頭、動能頭和位能頭的增加,即
上式中H為揚程(m),P1、P2分別為泵進口、出口處的壓強(Pa),V1、V2分別為流體在泵進出口處的流速(m/s),Z1、Z2為進出口高度(m),為液體密度(kg/m3), g為重力加速度(m/s2)。
水泵的功率分為軸功率N和有效功率Ne。軸功率是水泵軸從動力機處獲得的總能量增量,通俗地講,就是電機輸給水泵的功率。有效功率指流體流經(jīng)機器后每單位時間獲得的能量
Ne= pgQvH
有效功率Ne與軸功率N之比就是栗的效率n。
轉(zhuǎn)速是指水泵軸或葉輪每分鐘旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。轉(zhuǎn)速與其他性能參數(shù)有著密切的關(guān)系,一定的轉(zhuǎn)速,對應(yīng)一定的流量、揚程和軸功率。轉(zhuǎn)速改變,將引起其他參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化。與水泵配套的動力機械,不僅在功率上要滿足水泵運行的工況要求,在轉(zhuǎn)速上也要與水泵的轉(zhuǎn)速相一致。汽蝕余量是指在泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量。吸程為必需汽蝕余量,即泵允許吸液體的真空度,亦即泵允許的安裝高度。泵的性能曲線是在一定轉(zhuǎn)速下水泵的揚程、軸功率、效率與流量之間的關(guān)系曲線。通常研究的是H-Q、N-Q和η-Q關(guān)系曲線,橫坐標為Q,其他參數(shù)為縱坐標。般都是通過試驗的方法來確定泵的性能曲線。
(三)循環(huán)水入口溫度tw1
循環(huán)水入口溫度與環(huán)境溫度和循環(huán)水系統(tǒng)的供水方式有關(guān)。若循環(huán)水系統(tǒng)為開式水系統(tǒng),其供水來自天然水源,則循環(huán)水入口溫度等于外界環(huán)境溫度中的循環(huán)水的溫度。若循環(huán)水系統(tǒng)為閉式水系統(tǒng),其供水來自于冷卻塔,則循環(huán)水入口溫度不僅與外界環(huán)境有關(guān),還與冷卻塔的冷卻效果有關(guān)。
(四)循環(huán)水溫升?t
循環(huán)水溫升就是循環(huán)水出口溫度tw2與循環(huán)水入口溫度tw1之差。在凝汽器中,蒸汽的放熱量可表示為:
Q1=DC(hc-hc’) (2-4)
式中, DC為汽輪機低壓缸排汽量;hc為低壓t排汽焓, hc’為凝結(jié)水焓。循環(huán)水的吸熱量為:
Q2=DW(hw2-hw1)=DwCp(tw2-tw1) (2-5)
式中, DW為循環(huán)水流量, hw2為循環(huán)水出口水焓, hw1為循環(huán)水入口水焓, Cp為水的定壓比熱容,一般取為4.187kJ/(kg. ℃)。
蒸汽與循環(huán)水之間的換熱遵循能量守恒定律,根據(jù)能量守恒,有Q1 = Q2,即:
根據(jù)式(2-6)可以得出循環(huán)水溫升的計算公式:
對于凝汽式汽輪機,墻差在數(shù)值上變化不大,大約是2180kJ/kg,可直接用于式(2-7)的計算。由(2-7)可以看出,循環(huán)水溫升主要與循環(huán)水流量和低壓t排氣量有關(guān)。
二、結(jié)論
隨著全社會節(jié)能環(huán)保意識的不斷提高,電力行業(yè)所面臨的節(jié)能減排任務(wù)越來越嚴峻,作為在電力行業(yè)中占據(jù)主要地位的火電行業(yè),其節(jié)能減排任務(wù)更是突出。另一方面,傳統(tǒng)的火電機組節(jié)能減排潛力巨大,這就為對火電廠的節(jié)能減排研究提供了非常大的可能性及研究空間。循環(huán)水泵是火電機組的重要輔助設(shè)備,同時也是火電廠耗電最多的設(shè)備之一,因此研究循環(huán)水泵的優(yōu)化運行,電廠節(jié)能優(yōu)化任務(wù)的一項重要工作,具有現(xiàn)實意義。本文立足于對循環(huán)水泵的優(yōu)化運行方案進行設(shè)計探討。循環(huán)水泵的優(yōu)化運行方案提出后,解決了原來循環(huán)水泵運行方式無精確理論依據(jù)的情況,可以實現(xiàn)循環(huán)水泵運行的精細化管理。由此可以看出,本文的研究內(nèi)容具有重要的實用價值。本文通過對循環(huán)水泵及循環(huán)水泵運行特性、凝汽器特性、進行分析,得出了循環(huán)水泵耗功與汽輪機功率增量之間的平衡關(guān)系的計算方法,獲得了不同環(huán)境下最佳的循環(huán)水泵運行方式組合,給運行人員的運行操作提供了可靠準確的指導(dǎo)。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:火電廠;循環(huán)水泵;振動;處理
中圖分類號:TM62 文獻標識碼:A
1 循環(huán)水泵振動情況
某火力發(fā)電廠發(fā)電機組所采用的4臺循環(huán)水泵自2010年10月安裝結(jié)束后相繼投入使用,但在運行過程中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵組普遍存在振動過大問題,其中#1、#2及#4循環(huán)水泵電機的水平振動增大現(xiàn)象尤為明顯。特別是#2循環(huán)水泵,自從投入使用以來其運行工況一直很不穩(wěn)定,其電機上部的水平振動日益嚴重,到2011年2月時,水平振動增長情況為8394101113134153μm。雖然在2011年5月及2012年1月相繼對#1、#2和#4循環(huán)水泵進行了大修,但并沒有根本性地消除上述循環(huán)水泵的振動問題。總結(jié)循環(huán)水泵存在的問題如下: ①循環(huán)水泵上中下三道軸套都存在磨損,其中下軸套約有深度為1.6mm的磨損;循環(huán)水泵上中下三道軸承中,下軸承存在最為嚴重的磨損;葉輪室的磨損程度較輕。②經(jīng)檢查,循環(huán)水泵上部的填料涵凹窩與外接管a(導(dǎo)葉體下口環(huán))之間存在10~20mm的同心度偏差。③循環(huán)水泵的基礎(chǔ)臺板水平度超出標準,進水側(cè)高而出水側(cè)低,存在偏斜。④4臺循環(huán)水泵的出水管與筒體所連接的下半部分焊縫都出現(xiàn)了裂縫。
2 循環(huán)水泵的結(jié)構(gòu)
循環(huán)水泵的組成零部件共有19個,采用的安裝形式為單基礎(chǔ)層的立式安裝,出水口位于基礎(chǔ)層之下。循環(huán)水泵的外筒體采用鋼板焊接件,而吸入水口則為鑄件。循環(huán)水泵的葉輪結(jié)構(gòu)為開式整體結(jié)構(gòu),通過哈夫鎖環(huán)以及螺栓在軸上定位,并用鍵與軸聯(lián)接,葉輪室與葉輪之間的空隙約有0.5~0.7mm。循環(huán)水泵有上下2根泵軸,在導(dǎo)葉體和填料函體內(nèi)的上中下位置各安裝有一道賽龍軸承,軸承的劑是其自身輸送的水。循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)子有3.5mm的提升高度,并由調(diào)整螺母來對軸端進行調(diào)節(jié)。
循環(huán)水泵電機支座下方的臺板是整個循環(huán)水泵靜止部分的定位支撐點,同時也是整個循環(huán)水泵的定位支撐點。由于上下2根泵軸在通過套筒式聯(lián)軸器進行聯(lián)接時兩者之間有間隙,所以在循環(huán)水泵裝配過程中,循環(huán)水泵的制造廠商對循環(huán)水泵基礎(chǔ)臺板的水平度有比較嚴格的要求,要求水平度偏差在0.05mm/m以內(nèi),對泵軸的擺度則不作要求。循環(huán)水泵轉(zhuǎn)子的定位方式是通過電機軸承箱內(nèi)的推力盤進行軸向定位,有12片推力瓦塊均勻分布在推力盤下,推力瓦塊是安裝于碟形彈簧上的,碟形彈簧的作用是保證推力盤與瓦塊之間能夠均勻接觸,從而均勻受力。在裝配過程中,要求推力盤與推力瓦塊之間的間隙為零,而運行過程中兩者之間則有0.02~0.03 mm充滿油膜的油隙。
3 循環(huán)水泵振動的原因分析
該火力發(fā)電廠4臺循環(huán)水泵在安裝過程中都嚴格遵照了制造廠商的相關(guān)要求,每臺循環(huán)水泵基礎(chǔ)臺板的水平度都符合小于0.05mm/m的標準。但在安裝結(jié)束后進行調(diào)試時,發(fā)現(xiàn)循環(huán)水泵電機的振動都偏大,約在80μm左右。特別是#1、#2和#4循環(huán)水泵電機的水平振動還呈現(xiàn)出逐步增大的趨勢。經(jīng)頻譜分析發(fā)現(xiàn),循環(huán)水泵振動幅值最大的時刻位于8~10Hz區(qū)間內(nèi),與電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動頻率相吻合,而其他倍頻分量幅值都比較小。
3.1 循環(huán)水泵振動分析
一般循環(huán)水泵振動主要是由于循環(huán)水泵裝配和安裝精度不高;吸入口的水位過低;循環(huán)水泵汽蝕;循環(huán)水泵的軸承損壞或軸彎曲以及電機故障;聯(lián)軸器的螺栓損壞或出現(xiàn)松動;運動部件的質(zhì)量不均勻;基礎(chǔ)不夠牢固以及出水管路的影響等原因造成的。而在#1、#2和#4循環(huán)水泵大修過程中,對上述常見振動原因進行了逐一分析和排除。①在大修過程中發(fā)現(xiàn),4臺循環(huán)水泵入口處的清污機工作都很正常,吸入口的水位也能滿足規(guī)定要求,所以可以排除是由于吸入口水位過低導(dǎo)致了循環(huán)水泵振動。②在大修后重新啟動循環(huán)水泵,發(fā)現(xiàn)其出水口和臺板上的排氣閥都能夠自動排氣,循環(huán)水泵的電流和出水壓力都很穩(wěn)定,也無異聲發(fā)出,說明循環(huán)水泵并未發(fā)生汽蝕,所以可以排除氣蝕導(dǎo)致了振動。③循環(huán)水泵每次檢修過程中都能發(fā)現(xiàn)其上中下三道軸承存在磨損,而軸套則有偏磨。#2循環(huán)水泵在2011年5月大修時,對軸承、泵軸及聯(lián)軸器都進行了更換,但之后運行振動仍然過大,這就說明循環(huán)水泵的振動并不是由于泵軸彎曲、軸承損壞、聯(lián)軸器的螺栓損壞或出現(xiàn)松動所造成的。只是在循環(huán)水泵振動不斷增大的過程中,必然會致使軸承兩側(cè)的間隙不均勻,使得軸承與軸套之間不斷磨擦,將會進一步加劇循環(huán)水泵的振動。而4臺循環(huán)水泵所采用的電機經(jīng)過了多次單體試轉(zhuǎn),其振動都遠小于10μm。此外,在#2循環(huán)水泵大修時也檢測了電機的鼠籠條,并沒有發(fā)現(xiàn)任何問題;而循環(huán)水泵運行過程中其三相電流可以保證為平衡的,電機的導(dǎo)瓦溫度和間隙都處于正常狀態(tài),所以也可以排除是由于電機因素造成了振動。④在2011年5月的大修過程中,對#2循環(huán)水泵的葉輪頭進行了靜平衡;在2012年1月的大修過程中,對#2循環(huán)水泵的葉輪頭又進行了動平衡處理,而循環(huán)水泵其他運動部件也都多次進行了檢查,并沒有發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量不均勻的問題。不過當(dāng)循環(huán)水泵與電機相連后,也有可能會導(dǎo)致整個軸系出現(xiàn)質(zhì)量不均勻。在#2循環(huán)水泵運行過程中,有數(shù)次振動過大,但進行動平衡后其振動呈現(xiàn)出明顯的降低,就很好地說明了這一點。⑤#2循環(huán)水泵在運行過程中已進行了多次檢修,檢修過程中都會加墊片使基礎(chǔ)臺板的水平度滿足規(guī)定要求,但下一次檢修時又會發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)臺板的水平度超出了標準,總是進水側(cè)高而出水側(cè)低。這說明了循環(huán)水泵的基礎(chǔ)不夠穩(wěn)定,而最近一次檢修也發(fā)現(xiàn)#4循環(huán)水泵的基礎(chǔ)臺板下方的確存在較大空隙。⑥4臺循環(huán)水泵的筒體是由同尺寸的鋼板焊接而成的,導(dǎo)致其剛性不足,在外力作用下極易出現(xiàn)位移和變形,造成筒體上下的同心度改變。⑦循環(huán)水泵的出水管與筒體之間直接利用法蘭進行剛性連接,導(dǎo)致在循環(huán)水泵啟動與停運時都會有壓力差傳遞至筒體上,造成筒體的拉扯,進而使與筒體連為一個整體的基礎(chǔ)臺板同樣受到外力的拉扯作用,這也是出水管與筒體所連接的下半部分焊縫出現(xiàn)裂縫的原因。此外,在受到不平衡力的作用下,循環(huán)水泵的筒體會產(chǎn)生局部變形和位移,使得其與基礎(chǔ)臺板之間不再垂直,從而為循環(huán)水泵的軸承與軸套之間發(fā)生偏磨提供條件。而不平衡受力也會使水流在泵軸上的力不再均勻,并引發(fā)循環(huán)水泵的振動。
3.2 循環(huán)水泵振動分析結(jié)果
因此,該火力發(fā)電廠4臺循環(huán)水泵振動的原因總結(jié)如下:①由于基礎(chǔ)澆筑不夠嚴實,造成循環(huán)水泵基礎(chǔ)臺板下方存在空隙。②循環(huán)水泵的筒體剛性不夠,容易變形和移位。③循環(huán)水泵的整個軸系可能存在質(zhì)量不均勻。
4 循環(huán)水泵振動的處理措施
針對循環(huán)水泵已確認存在的問題,采取以下措施予以解決: ①首先要檢查循環(huán)水泵基礎(chǔ)臺板下方是否存在空隙和不嚴實的部分,如果發(fā)現(xiàn)空隙則使用風(fēng)鎬從內(nèi)側(cè)將原基礎(chǔ)四面打至臺板墊鐵處。在墊鐵下方的基礎(chǔ)不存在明顯異常的情況下,可以不去移動定位墊鐵,在立模后用高強灌注料重新澆實循環(huán)水泵的基礎(chǔ),以減少檢修的工作量;但如果墊鐵下方的基礎(chǔ)也不嚴實,則要將整個基礎(chǔ)敲掉重做,確保基礎(chǔ)嚴實后再進行循環(huán)水泵的安裝。②對于循環(huán)水泵筒體剛性不夠問題,當(dāng)循環(huán)水泵筒體組裝并調(diào)試好同心后,用18號和20號槽鋼以進水室混凝土墻面為基點,從中間軸承處的筒體法蘭對筒體從三面進行支撐定位,以避免循環(huán)水泵的筒體出現(xiàn)受力變形和位移。③對于循環(huán)水泵與電機相連后整個軸系可能存在質(zhì)量不均勻問題,為了消除其影響,經(jīng)與制造廠家溝通后,重新設(shè)計了循環(huán)水泵的軸系,將泵軸從之前的上下2根改為1根,從而實現(xiàn)了泵軸擺度的可調(diào)。④將一個膨脹節(jié)或彈性傳力接頭設(shè)置在循環(huán)水泵的筒體與出水口之間,這樣就能有效吸收循環(huán)水泵啟動和停運時的壓力差,避免管道出現(xiàn)位移,消除了出水管對循環(huán)水泵筒體的影響。
5 結(jié)論
經(jīng)過嚴密的分析之后,確定該火力發(fā)電廠循環(huán)水泵振動的原因既有循環(huán)水泵基礎(chǔ)不嚴實的安裝問題,也有循環(huán)水泵筒體剛性不夠的質(zhì)量問題。以#4循環(huán)水泵為例,針對現(xiàn)狀存在的問題,在檢修過程中采取了相應(yīng)的解決措施后,#4循環(huán)水泵運行至今約半年多的時間里,其振動一直保持在60μm以內(nèi),運行十分穩(wěn)定,已完全消除了之前振動過大的影響。這證明對循環(huán)水泵振動原因的分析和解決措施都是正確和切實可行的,對于振動問題的解決有良好的借鑒意義。
參考文獻
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循環(huán)農(nóng)業(yè) 循環(huán)經(jīng)濟 循環(huán)經(jīng)濟概論 循環(huán)農(nóng)業(yè)論文 循環(huán)經(jīng)濟案例 紀律教育問題 新時代教育價值觀