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（中廣核工程有限公司陽江調(diào)試分部，廣東 陽江529941）

1 問題概述

在嶺澳核電站二期循環(huán)水泵（L3CRF002PO）第1次啟動試驗中，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計潮位下（－7.2m），泵的流量、軸功率均比設(shè)計值偏高?，F(xiàn)場測試數(shù)據(jù)與合同保證值對比見表1。

表1 循環(huán)水泵性能數(shù)據(jù)表Table 1 Data sheet of CW pump performance

續(xù)表

由表1可知，電機(jī)的輸入功率為6 924kW，比電機(jī)的額定功率6 500kW超出6.5%；電機(jī)穩(wěn)定電流在712A左右，比額定電流663A超出了約7%；流量132 813m3／h，比設(shè)計的額定流量115 794m3／h超出約15%。因此，該泵的工作點在較大程度上偏離了合同要求的保證值。針對此問題召集相關(guān)廠家、設(shè)計人員分析原因，最終在系統(tǒng)阻力、泵轉(zhuǎn)速、泵的幾何尺寸等方面進(jìn)行了重點分析。

2 原因分析

2.1 系統(tǒng)的阻力偏低

泵的工作點為系統(tǒng)阻力曲線與泵的性能曲線交點，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)繪制出系統(tǒng)近似阻力曲線。經(jīng)分析確認(rèn)，系統(tǒng)實際阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計阻力，導(dǎo)致泵的揚程降低、流量增大，工作點發(fā)生改變。

2.2 泵的實際轉(zhuǎn)速偏高

在設(shè)計泵的模型時，泵的轉(zhuǎn)速設(shè)計為160r／min。設(shè)計時齒輪箱傳動比為整數(shù)比整數(shù)，電機(jī)異步轉(zhuǎn)速也會有所保守，導(dǎo)致最終在現(xiàn)場實測水泵的實際轉(zhuǎn)速為161.8r／min。根據(jù)比例定律公式［1］，得出：

式中，Q為流量，m3／h；H為揚程，m；P為軸功率，MW；n為泵轉(zhuǎn)速，r／min。

由于轉(zhuǎn)速的增大，致使泵軸功率增大為6 070kW。

2.3 泵葉輪的幾何尺寸偏大

泵廠設(shè)計時，對揚程進(jìn)行了適當(dāng)保守設(shè)計，線性比例因子取LSF＝1.236?，F(xiàn)場測試后，證明LSF取1.212為宜。根據(jù)相似定律公式，

得出：

由于線性比例因子的增大，導(dǎo)致泵的軸功率增大至6 770kW。

3 可能的處理方案

針對上述分析得出的3種原因，擬采取下述幾種方法進(jìn)行處理。

3.1 增加系統(tǒng)阻力

在循環(huán)系統(tǒng)管路中修改水泵蝸殼及涵道結(jié)構(gòu)，或在凝汽器出水側(cè)管路中增加節(jié)流孔板。此方法雖然能改變系統(tǒng)管路特性，增大水泵系統(tǒng)阻力，使流量減小和揚程提高，但從混流泵功率－流量性能曲線可知，功率反而稍有增加?；炝鞅玫墓β侍攸c是：功率－流量特性曲線比較平坦，流量變化幾乎不引起或只引起很小的功率變化。因此改變循環(huán)水系統(tǒng)管路特性曲線方法不可取。

3.2 更換齒輪箱

電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，通過改變齒輪箱太陽輪和行星輪的齒數(shù)比來降低水泵轉(zhuǎn)速，從而使泵的流量、揚程和功率降低。由式（3）可知，轉(zhuǎn)速應(yīng)為155.3r／min。

這一方案的優(yōu)點是：更換齒輪箱時間窗口容易安排，工期短，現(xiàn)場的工作量相對車削葉輪小。缺點是：經(jīng)濟(jì)成本較高，需要重新設(shè)計、制造及更換齒輪箱，制造工期長約1a；且在制造齒輪箱期間，電機(jī)在超功率的工況下長期運行，會對電機(jī)的壽命產(chǎn)生一定影響。

3.3 切割葉輪以減小葉輪直徑

對循環(huán)水泵葉輪進(jìn)行切割，滿足切削定律，公式如下：

式中，D為葉輪直徑，mm。

可見，車削水泵的葉輪，減小葉輪的直徑，而其他幾何尺寸不變（僅是出口處葉片的寬度稍有變化），可以減小泵的流量，降低電機(jī)功率，但同時也會使泵的揚程降低。

這一方案的優(yōu)點是：可以降低泵的流量和電機(jī)功率，如果進(jìn)度安排合理，還具備時間窗口。缺點是：工作量大，工序復(fù)雜，工期長，實行難度也較大，4臺循環(huán)水泵全部車削葉輪至少需要3個月，再加上4臺泵拆卸、安裝、調(diào)試所需要的時間，一共需要大約5個月。

如果采用此方法，水泵性能曲線將下移，與合同要求的特性曲線重合。葉輪半徑尺寸車削掉約51.5mm，工作點預(yù)期變?yōu)椋毫髁繛?26 000m3／h；揚 程 為 15m；軸 功 率 為5 800kW；效率為91.3%。

葉輪切割后在設(shè)計潮位（－0.2m）時，循環(huán)水泵流量126 000m3／h較原設(shè)計流量115 794m3／h增加約10 000m3／h，水泵效率基本無變化，功率下降滿足原設(shè)計額定功率范圍。揚程15m比原設(shè)計16.48m小，經(jīng)過計算確認(rèn)此揚程能滿足循環(huán)水系統(tǒng)管路阻力的需求，能夠?qū)⒛魉覂?nèi)充滿水。

3.4 維持現(xiàn)狀使用

調(diào)試運轉(zhuǎn)中盡管電機(jī)超功率運行，但定子繞組溫度93℃遠(yuǎn)低于報警溫度140℃和跳泵溫度160℃。電機(jī)制造商指出在電機(jī)空氣冷卻器冷卻水溫低于30℃、電機(jī)電流711A以及功率約7 000kW時，可以進(jìn)行短期調(diào)試運行，但不能長期運行。顯然維持現(xiàn)狀的使用方案不可行。

3.5 更換大功率的電機(jī)

如果更換大功率的電機(jī)大概需要2a，工期較長，其間電機(jī)超功率運行存在一定風(fēng)險。預(yù)計更換的電機(jī)功率需達(dá)到8 000kW，從長期運行的經(jīng)濟(jì)性角度分析，該方案難以接受。

4 最終采取的處理方案

綜合考慮各種因素，并結(jié)合上述幾種方法的可行性，最終決定采用切割葉輪的方案。

由于式（7）會產(chǎn)生過切割，需做修正。本次對泵的切割修正公式為：

葉輪直徑D2目標(biāo)值為2 776mm，即葉輪半徑切割掉的尺寸為51.5mm。切割的目標(biāo)工 作 點 是：流 量 為 126 000m3／h；揚 程 為15m；軸功率為5 800kW。具體切割量計算見表2。

表2 葉輪切割量計算Table 2 Calculation of impeller cutting

在平均潮位－0.2m時的試驗結(jié)果：流量為12 600m3／h；揚程為15.3m，較預(yù)計值高0.3m；軸功率為6 210kW，較預(yù)計值高7%；效率為86.6%，較預(yù)計值低4.7%。

從上述結(jié)果可知：流量和揚程基本符合葉輪切割計算的修正理論；效率比切割前低4.7%，致使切割后的軸功率略高，但已小于配套電機(jī)功率。

5 結(jié)論及推廣

本次循環(huán)水泵超功率問題采用葉輪切割修正公式進(jìn)行計算，基本達(dá)到預(yù)期性能，為以后類似循環(huán)水泵這樣的大型水泵的葉輪一次切割到位提供了寶貴的經(jīng)驗。

［1］ 郭立君 .泵與風(fēng)機(jī)［M］.北京：中國電力工業(yè)出版社，1982.