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[摘 要]本文介绍了某发电公司1×600MW机组发电机定冷水泵存在设计、选型时流量、扬程富裕量大的问题，造成定子冷却水系统运行可靠性下降，增加了厂用电率。通过分析、计算，使定冷水泵的流量、扬程满足定子冷却水系统运行要求的前提下，对定冷水泵叶轮进行有效、适当切削。既保障了发电机定子冷却水系统安全、可靠运行，又起到节能降耗作用。
[关键词]定冷水泵、扬程、流量、叶轮切削
中图分类号：U464.138+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0025-02
1 系统概述
某发电公司1×600MW超临界机组，采用哈尔滨电机厂生产的QFSN-600-2YHG发电机，该型定子冷却水控制系统是为600MW汽轮发电机配套而设计和制造的。该系统向发电机定子绕组提供连续不断的冷却水并对其进行监控和保护。发电机所需冷却水的水量、水压、水质、水温等均由本系统来保证。
1.1 系统主要部件
1.1.1 定冷水泵（参数Q=115T/h、H=0.75MPa、n=2970r/min）2台，一用一备，单级单吸离心泵，配套电机： 电压380V、功率45KW、额定电流84A、功率因数0.85；
1.1.2 水—水板式冷却器2台，一用一备；
1.1.3 XLS-100型水过滤器2台，过滤精度100μ，一用一备；
1.1.4 水箱1台，V=2m3；
1.1.5 离子交换器1台。
1.2 系统设计参数
1.2.1 定子冷却水系统流量：90±3T/h；
1.2.2 定子冷却水系统压力：0.25MPa～0.35MPa；
1.2.3 定子冷却水系统进水温度：45℃～50℃。
2 改造的必要性
发电机定子冷却水系统调试时，定冷水泵出口压力为0.76MPa、电流约为82A，系统流量为115T/h、压力为0.55 MPa。此时定子冷却水系统流量、压力超出了系统设计参数要求，长期运行可能造成定冷水渗漏到定子线圈外，影响了发电机的安全运行。
经过对发电机定子冷却水系统阀门进行运行调整，全开了定冷水泵再循环阀门，滤网或冷却器隔离蝶阀节流运行，开度约为30°时，发电机定子冷却水系统流量为90T/h，压力为0.32MPa，泵电机电流约为80A，满足了发电机定子冷却水系统运行设计参数要求。但是系统长期在泵再循环门全开，阀门节流状态下运行，会造成厂用电浪费和隔离蝶阀的损坏；同时定冷水泵电动机长期在接近额定电流运行，在环境温度高的季节造成电动机线圈温度高，影响电机使用寿命。例如曾在夏季发生板式冷却器冷却效果差，因定子冷却水冷却器隔离蝶阀内漏（蝶阀密封在节流运行时损坏），无法隔离清洗，影响了发电机安全、可靠运行。
根据上述情况，发电机定子冷却水系统存在的问题主要是定冷水泵在设计、选型时扬程、流量富裕量过大，与系统流量、压力不匹配。运行时需要开启再循环门和阀门节流，造成厂用电浪费，泵的效率下降，阀门损坏。联系实际，对定冷水泵叶轮进行有效、适当切削，使定冷水泵扬程、流量与定子冷却水系统流量、压力要求相匹配是必要的。
3 泵切削相关理论
3.1 泵相似准则数——比转数
在相似定律的基础上，可以推出对一系列几何相似的泵性能之间的综合数据。如果各泵的这个数据相等，则这些泵是几何相似和运动相似的，可以用相似定律换算性能之间的关系。这个综合数据就是比转数。即：
（3—1）
式中：ns——泵的比转数
n——泵的工作转速，r/min
Q——泵的流量，m3/s（对双吸泵取Q/2）
H——泵的扬程，m（对多级泵取单级扬程）
根据已知的定冷水泵的性能参数与结构，可得：
定冷水泵的比转数≈21
3.2 泵最大允许切削量与其比转数关系
叶轮外径的切削不是任意的，切削量太大，会使泵的效率降低，因此叶轮切削应在最大允许切削量之内。最大允许切削量与泵的比转数有关。
注：表3—1中：切削量的百分数为：
切削量（%）= （3—2）
式中：D2——叶轮切削前直径
D2′——叶轮切削后直径
3.3 切削定律
泵在设计工况及其附近运行时，具有较高效率。但有的泵往往由于选型不当或型号无法适应装置的需要，或者由于装置发生改变等，使泵的容量过大或过小。过大时损失大，过小满足不了系统的需要。为了使泵能经济合理的运行，在保证一定备用容量的条件下，需对容量大的泵进行改造，最常用的方法就是切削叶轮、叶片。切削叶轮、叶片将泵的流量、扬程、功率降低。
对于低比转数的泵，叶轮外径稍有变化，其出口叶片宽度变化很小，可认为相等。若转速保持不变。当叶轮外径由D2变到D2′ 时，其流量、扬程、功率的变化关系如下：
（3—3）
（3—4）
（3—5）
式中：Q、H、D2——叶轮切削前的参数；
Q′、H′、D2′——叶轮切削后的参数。
4 定冷水泵叶轮切削量的确定与可行性分析
从发电机说明书中可知：定冷水泵Q=115T/h、H=0.75MPa、D2=258mm；定子冷却水系统设计要求：Q′=90±3T/h、H′=0.25MPa～0.35MPa。同时通过试验，测出定子冷却水经过冷却器、水过滤器、管阀等系统压降约为0.2MPa。
4.1 满足系统最大流量要求切削叶轮分析
按系统最大流量Q′取93T/h计算，叶轮切削后直径D2′=≈232mm，可得定冷水泵扬程变化为H′=≈0.61MPa。此时系统压力=水泵出口扬程-系统压降=0.41MPa，大于定子冷却水系统压力设计要求0.25MPa～0.35MPa，能满足系统压力要求。 切削量（%）=≈10.1%，符合泵的比转数ns=21≤60时， 最大允许切削量不超过20%关系要求。
通过上述计算、分析，满足系统最大流量要求切削定冷水泵叶轮后，泵的出口压力能满足系统压力要求，同时泵叶轮的切削量符合泵最大允许切削量与泵的比转数关系，所以此切削叶轮量是可行的。
4.2 满足系统最小流量要求切削叶轮分析
按系统最小流量Q′取87T/h计算，叶轮切削后直径D2′=≈224mm，可得定冷水泵扬程变化为H′=≈0.57MPa。此时系统压力=水泵出口扬程-系统压降=0.37MPa，大于定子冷却水系统压力设计要求0.25MPa～0.35MPa，能满足系统压力要求。
切削量（%）=≈13.2%，符合泵的比转数ns=21≤60时， 最大允许切削量不超过20%关系要求。
通过上述计算、分析，满足系统最小流量要求切削定冷水泵叶轮后，泵的出口压力能满足系统压力要求，同时泵叶轮的切削量符合泵最大允许切削量与泵的比转数关系，所以此切削叶轮量是可行的。
4.3 满足系统最大压力要求切削叶轮分析
按系统最大压力H′取0.35+0.2=0.55 MPa计算，叶轮切削后直径D2′=≈221mm，可得定冷水泵流量变化为Q′=≈84 T/h，其值小于定子冷却水系统流量设计要求90±3T/h，不能满足系统流量要求。
切削量（%）=≈14.3%，符合泵的比转数ns=21≤60时， 最大允许切削量不超过20%关系要求。
通过上述计算、分析，满足系统最大压力要求切削定冷水泵叶轮后，虽然泵叶轮的切削量符合泵最大允许切削量与泵的比转数关系，但是泵切削后的流量不能满足系统流量要求，所以此切削叶轮量是不可行的。
4.4 满足系统最小压力要求切削叶轮分析
与4.3同理：按系统最小压力H′取0.25+0.2=0.45 MPa要求切削叶轮是不可行的。
综上所述，考虑到定冷水泵叶轮切削后尽可能符合要求，应当谨慎地分次切削，逐步达到所需的外径尺寸，以免切削过多，恢复困难。所以本次定冷水泵叶轮切削按切削后叶轮直径为232mm进行精加工。
5 定冷水泵节能改造后效益
本次定冷水泵节能改造后，泵的流量为91T/h，泵出口压力为0.59MPa，泵电机电流从改造前的80A下降到59A，泵运行稳定，达到了预期的效果。按1台600MW超临界机组年运行7500小时计算，可节约厂用电=7500××0.38×21×0.85=88111KW·h，折合标煤约26吨、费用约2万元。节能改造共投资约2000元，1个多月就可收回成本。
6 结论
通过了解， 300MW、600MW机组发电机定子冷却水系统都存在定冷水泵设计、选型时扬程、流量富裕量大的问题。通过对某厂1×600MW超临界机组的定冷水泵切削叶轮的实践证明：对定冷水泵切削叶轮的节能改造是可行的，投资少、工作量小、无技术风险、节能降耗显著，是非常值得推广和实施的。
参考文献
[1] 关醒凡.泵的理论与设计[M] 北京：机械工业出版社.1987年.
[2] 沙鲁生.水泵与水泵站[M] 北京：中国水利水电出版社.2001年.
[3] 毛正孝，赵友君. 泵与风机[M] 北京：中国电力出版社.2000年.
[关键词]定冷水泵、扬程、流量、叶轮切削
中图分类号：U464.138+.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0025-02
1 系统概述
某发电公司1×600MW超临界机组，采用哈尔滨电机厂生产的QFSN-600-2YHG发电机，该型定子冷却水控制系统是为600MW汽轮发电机配套而设计和制造的。该系统向发电机定子绕组提供连续不断的冷却水并对其进行监控和保护。发电机所需冷却水的水量、水压、水质、水温等均由本系统来保证。
1.1 系统主要部件
1.1.1 定冷水泵（参数Q=115T/h、H=0.75MPa、n=2970r/min）2台，一用一备，单级单吸离心泵，配套电机： 电压380V、功率45KW、额定电流84A、功率因数0.85；
1.1.2 水—水板式冷却器2台，一用一备；
1.1.3 XLS-100型水过滤器2台，过滤精度100μ，一用一备；
1.1.4 水箱1台，V=2m3；
1.1.5 离子交换器1台。
1.2 系统设计参数
1.2.1 定子冷却水系统流量：90±3T/h；
1.2.2 定子冷却水系统压力：0.25MPa～0.35MPa；
1.2.3 定子冷却水系统进水温度：45℃～50℃。
2 改造的必要性
发电机定子冷却水系统调试时，定冷水泵出口压力为0.76MPa、电流约为82A，系统流量为115T/h、压力为0.55 MPa。此时定子冷却水系统流量、压力超出了系统设计参数要求，长期运行可能造成定冷水渗漏到定子线圈外，影响了发电机的安全运行。
经过对发电机定子冷却水系统阀门进行运行调整，全开了定冷水泵再循环阀门，滤网或冷却器隔离蝶阀节流运行，开度约为30°时，发电机定子冷却水系统流量为90T/h，压力为0.32MPa，泵电机电流约为80A，满足了发电机定子冷却水系统运行设计参数要求。但是系统长期在泵再循环门全开，阀门节流状态下运行，会造成厂用电浪费和隔离蝶阀的损坏；同时定冷水泵电动机长期在接近额定电流运行，在环境温度高的季节造成电动机线圈温度高，影响电机使用寿命。例如曾在夏季发生板式冷却器冷却效果差，因定子冷却水冷却器隔离蝶阀内漏（蝶阀密封在节流运行时损坏），无法隔离清洗，影响了发电机安全、可靠运行。
根据上述情况，发电机定子冷却水系统存在的问题主要是定冷水泵在设计、选型时扬程、流量富裕量过大，与系统流量、压力不匹配。运行时需要开启再循环门和阀门节流，造成厂用电浪费，泵的效率下降，阀门损坏。联系实际，对定冷水泵叶轮进行有效、适当切削，使定冷水泵扬程、流量与定子冷却水系统流量、压力要求相匹配是必要的。
3 泵切削相关理论
3.1 泵相似准则数——比转数
在相似定律的基础上，可以推出对一系列几何相似的泵性能之间的综合数据。如果各泵的这个数据相等，则这些泵是几何相似和运动相似的，可以用相似定律换算性能之间的关系。这个综合数据就是比转数。即：
（3—1）
式中：ns——泵的比转数
n——泵的工作转速，r/min
Q——泵的流量，m3/s（对双吸泵取Q/2）
H——泵的扬程，m（对多级泵取单级扬程）
根据已知的定冷水泵的性能参数与结构，可得：
定冷水泵的比转数≈21
3.2 泵最大允许切削量与其比转数关系
叶轮外径的切削不是任意的，切削量太大，会使泵的效率降低，因此叶轮切削应在最大允许切削量之内。最大允许切削量与泵的比转数有关。
注：表3—1中：切削量的百分数为：
切削量（%）= （3—2）
式中：D2——叶轮切削前直径
D2′——叶轮切削后直径
3.3 切削定律
泵在设计工况及其附近运行时，具有较高效率。但有的泵往往由于选型不当或型号无法适应装置的需要，或者由于装置发生改变等，使泵的容量过大或过小。过大时损失大，过小满足不了系统的需要。为了使泵能经济合理的运行，在保证一定备用容量的条件下，需对容量大的泵进行改造，最常用的方法就是切削叶轮、叶片。切削叶轮、叶片将泵的流量、扬程、功率降低。
对于低比转数的泵，叶轮外径稍有变化，其出口叶片宽度变化很小，可认为相等。若转速保持不变。当叶轮外径由D2变到D2′ 时，其流量、扬程、功率的变化关系如下：
（3—3）
（3—4）
（3—5）
式中：Q、H、D2——叶轮切削前的参数；
Q′、H′、D2′——叶轮切削后的参数。
4 定冷水泵叶轮切削量的确定与可行性分析
从发电机说明书中可知：定冷水泵Q=115T/h、H=0.75MPa、D2=258mm；定子冷却水系统设计要求：Q′=90±3T/h、H′=0.25MPa～0.35MPa。同时通过试验，测出定子冷却水经过冷却器、水过滤器、管阀等系统压降约为0.2MPa。
4.1 满足系统最大流量要求切削叶轮分析
按系统最大流量Q′取93T/h计算，叶轮切削后直径D2′=≈232mm，可得定冷水泵扬程变化为H′=≈0.61MPa。此时系统压力=水泵出口扬程-系统压降=0.41MPa，大于定子冷却水系统压力设计要求0.25MPa～0.35MPa，能满足系统压力要求。 切削量（%）=≈10.1%，符合泵的比转数ns=21≤60时， 最大允许切削量不超过20%关系要求。
通过上述计算、分析，满足系统最大流量要求切削定冷水泵叶轮后，泵的出口压力能满足系统压力要求，同时泵叶轮的切削量符合泵最大允许切削量与泵的比转数关系，所以此切削叶轮量是可行的。
4.2 满足系统最小流量要求切削叶轮分析
按系统最小流量Q′取87T/h计算，叶轮切削后直径D2′=≈224mm，可得定冷水泵扬程变化为H′=≈0.57MPa。此时系统压力=水泵出口扬程-系统压降=0.37MPa，大于定子冷却水系统压力设计要求0.25MPa～0.35MPa，能满足系统压力要求。
切削量（%）=≈13.2%，符合泵的比转数ns=21≤60时， 最大允许切削量不超过20%关系要求。
通过上述计算、分析，满足系统最小流量要求切削定冷水泵叶轮后，泵的出口压力能满足系统压力要求，同时泵叶轮的切削量符合泵最大允许切削量与泵的比转数关系，所以此切削叶轮量是可行的。
4.3 满足系统最大压力要求切削叶轮分析
按系统最大压力H′取0.35+0.2=0.55 MPa计算，叶轮切削后直径D2′=≈221mm，可得定冷水泵流量变化为Q′=≈84 T/h，其值小于定子冷却水系统流量设计要求90±3T/h，不能满足系统流量要求。
切削量（%）=≈14.3%，符合泵的比转数ns=21≤60时， 最大允许切削量不超过20%关系要求。
通过上述计算、分析，满足系统最大压力要求切削定冷水泵叶轮后，虽然泵叶轮的切削量符合泵最大允许切削量与泵的比转数关系，但是泵切削后的流量不能满足系统流量要求，所以此切削叶轮量是不可行的。
4.4 满足系统最小压力要求切削叶轮分析
与4.3同理：按系统最小压力H′取0.25+0.2=0.45 MPa要求切削叶轮是不可行的。
综上所述，考虑到定冷水泵叶轮切削后尽可能符合要求，应当谨慎地分次切削，逐步达到所需的外径尺寸，以免切削过多，恢复困难。所以本次定冷水泵叶轮切削按切削后叶轮直径为232mm进行精加工。
5 定冷水泵节能改造后效益
本次定冷水泵节能改造后，泵的流量为91T/h，泵出口压力为0.59MPa，泵电机电流从改造前的80A下降到59A，泵运行稳定，达到了预期的效果。按1台600MW超临界机组年运行7500小时计算，可节约厂用电=7500××0.38×21×0.85=88111KW·h，折合标煤约26吨、费用约2万元。节能改造共投资约2000元，1个多月就可收回成本。
6 结论
通过了解， 300MW、600MW机组发电机定子冷却水系统都存在定冷水泵设计、选型时扬程、流量富裕量大的问题。通过对某厂1×600MW超临界机组的定冷水泵切削叶轮的实践证明：对定冷水泵切削叶轮的节能改造是可行的，投资少、工作量小、无技术风险、节能降耗显著，是非常值得推广和实施的。
参考文献
[1] 关醒凡.泵的理论与设计[M] 北京：机械工业出版社.1987年.
[2] 沙鲁生.水泵与水泵站[M] 北京：中国水利水电出版社.2001年.
[3] 毛正孝，赵友君. 泵与风机[M] 北京：中国电力出版社.2000年.