电厂锅炉给水泵优化设计及组装分析
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电厂锅炉给水泵优化设计及组装分析
【摘要】锅炉给水泵是火电厂的重要辅机之一，也是电厂的耗能大户，因而给水泵的运行费用直接影响到电厂的经济性，研究锅炉给水泵高效运行及及减少能源的损耗已成为社会关注的问题。
本文从锅炉给水泵的优化设计、加工组装以及运行等几个方面进行了分析，并提出了提高给水泵效率和运行经济性的有效措施。
【关键词】流体力学；给水泵；效率
1对水泵进行优化设计
1.1参数优化设计
锅炉给水泵设计，对于参数的选择是肯定需要第一个考虑进去的，相当一部分的设计师能够根据系统的规定进行安全角度的设计，这样的保守思想很容易导致流量以及扬程的选用过大，超过要求的裕量。
这样导致实际使用过程中，水泵会在一个比较低的效率范围中进行运行，造成能源浪费，并且在水泵运行期间于动静结合处的间隙通常会因为磨损过大导致流量发生转变，使得效率也由此降低了。
所以进行合理的参数选取显得尤其重要，通常我们将流量裕量控制在大于等于10%，扬程裕量小于等于20%。
1.2水力损失的减少
水力损失大致分成了水力摩擦损失以及局部损失。
1.2.1水力摩擦的损失
以下为水力摩擦损失的计算公式：
h=（λL/4R）×（u2/2g）
式中，λ为水力摩擦阻力系数；L为流道长度；R为流道过流断面的水力半径，为流道过流断面积与湿周之比；v为液流相对于流道的速度，对于叶轮相对速度为ω。
由上面的公式可以看出，要减小水力摩擦损失，应该做到：（1）减小水力摩擦阻力系数λ。
阻力系数和液体粘性与过流表面粗糙度有关，故流道表面应尽量光洁，设计泵时，叶、导轮应采用精密铸造，且叶轮进口工作面、出口非工作面均应修光，由此可提高效率2%～4%。
（2）减小流道长度L。
泵内各部分流道过长，会增加摩擦损失。
故在设计泵时，叶片由进口边到出口边的包角ψ不能太大，否则会使两叶片间的流道过长，增加水力损失。
但也不能太小，这样会减小两叶片间的重叠度，缩短了叶片间流道的有效部分，也是不利的。
根据经验，叶
片数Z与比转数ns符合表1所示的关系时，包角一般选850～1100；叶片数Z与比转数ns不在表中推荐的范围时，叶片数少，包角ψ取更大一些，叶片数多，包角ψ取更小一些。
（3）增加水力半径R。
为减小湿周，圆形湿周最大，方形其次，长方形最小，故叶轮进出口和导叶喉部，应尽量采用方形流道。
流道断面中存在尖角（容易出现在扭曲叶片与壁面的夹角处）是不利的。
表1离心泵叶片数Z和比转数ns关系的推荐值
1.2.2局部损失
这种损失主要发生在流道急剧扩大、收缩、转弯、死水区、流道方向与液流方向不一致以及速度大小不等的液流汇合等地方。
液流在这种地方产生漩涡，液体不断旋转，形成摩擦和冲击，消耗液体能量，增加水力损失。
因此设计时应注意以下几点：（1）叶轮叶片和导叶叶片不易太厚。
在考虑了叶片强度、腐蚀裕度以及铸造的可能性以后，叶片尽可能薄一些，以减少泵进口处的排挤和出口处的扩大。
（2）合理选取叶轮叶片和导叶叶片的进出口角。
从背导叶出口到叶轮入口区段是液流从静止流道冲到旋转流道的过渡区，而且液流在此区域转急弯，容易产生撞击、涡流，因此其流场是否均匀是保证叶轮具有较高效率的重要因素。
过去在设计叶轮时，为了提高扬程，往往使背导叶出口角α6等于900，但从目前一些高效率的水泵来看，α6通常在400～850之间。
减小α6，主要是造成叶轮入口有预旋。
经验证明，液流在叶轮入口有适当的预旋比没有预旋可提高效率0.5%～2%。
在给定的设计参数之下，预旋的大小与叶轮叶片入口安放角、叶轮的圆周速度有关。
一般说来，有较大进口颈部直径的泵应配以较大的预旋，有较小进口直径的泵配以较小的预旋。
由于叶轮旋转的影响，在靠近叶轮入口处预旋有增加的趋势，这时应使背导叶出口略微扭曲（约30～50），并伸向叶轮入口，增加异向的作用，以适应液流方向的变化，造成一个指向叶轮入口的轴向分量，利于叶轮入口的流动。
由于液体进入叶轮时有预旋运动，叶轮入口处的叶片安放角比相对速度液流角要增大一个冲角Δβ，这样就可以减少液体的冲击损失。
（3）进口边适当向吸入口延伸，增加叶片的重叠程度，可以减少流道的扩散，减少局部损失。
1.3减少容积损失
容积损失主要有2种：叶轮密封环处的泄露损失；轴向力平衡机构处的泄露损失。
为了减少容积损失，可以采取以下措施：（1）将普通的圆柱形密封改为迷宫密封或锯齿形密封。
佛山市顺德洛基特水暖洁具产品有限公司生产的135TSBII-J型超高压锅炉给水泵就设计成迷宫密封，取得了较好的效果。
（2）在密封环、导叶套、中间轴套和动静盘上开环形槽。
这些槽在水由高压侧流向低压侧时，起到节流的效果，减少了泄露损失。
1.4减少机械损失
机械损失主要有轴承、填料损失以及圆盘摩擦损失Pm3。
据统计，对于我们经常用到的中低比转数泵，轴承、填料损失占的比例较小，一般为1%～3%，圆
盘摩擦损失P m3占较大比重。
根据计算公式：
P m3/P=0.07/（ns/100）7/6
可得表2：
式中，γ为被输送液体比重（kg/m3）；N为叶轮转速（r/min）；D2为叶轮外径（m）。
为了减少圆盘摩擦损失，我们主要从以下几个方面出发：（1）从以上数据中，我们可以看出，低比转数泵中圆盘摩擦损失是给水泵效率下降的主要因素，因此设计低比转数泵时，适当增加叶轮叶片出口安放角β2，β2的增大可以减小叶轮外径D2，因圆盘摩擦损失Pm3与叶轮外径D2成五次方的比例，故D2的减小可以大大减少圆盘摩擦损失Pm3，使泵总效率提高。
但由于β2的增大，也会使水力损失增加，故β2不能过大，根据经验，β2不大于350。
（2）Pm3的大小还与叶轮盖板和泵体内壁的粗糙度有关。
增加光洁度可减少Pm3。
试验表明，叶轮盖板和泵体内壁粗糙面用砂轮磨光后，泵效率可提高2%～4%。
故叶轮在做静平衡以及转子做动平衡去重时，去重深度不得超过1.5mm，且去重部位与盖板应平滑过渡。
2组装方面
泵在组装时，要严格按照各个类型泵的组装工艺规程执行，比如在泵正式组装前，应分别推测叶轮口环与密封环之间以及叶轮尾部与导叶套之间的径向间隙，注意应推测两个方向，这两方向应相差900，不符合要求的及时处理。
进行单级窜量的测量，使得测量的单级窜量大于总窜，这样，在调整泵工作窜量的时候。
