[摘 要]基于以2台50MW抽凝式供热机组配有4台“32Sh-19”型离心式水泵组成的母管制循环冷却水系统的电站为例，确定了水泵在工频和变频调转速时单泵或多泵并联运行合成的特性曲线拟合方法；导出适应水源水位变化所确定的各运行参数的计算公式；通过例题合理选择运行台数，纠正了运行台数越少越好的习惯认识，同时对于多泵供水系统的优化运行提供了一定的参考依据。
　　[关键词]供热电站；循环水系统；水泵并联；变频调速
　　中图分类号：TU99 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2013）25-0048-02
　　1.前言
　　循环冷却水系统是电站各系统中运用非常广泛，但是此系统能耗相对较高。因此，如何能使该系统在满足机组安全、稳定运行的基础之上更能经济运行便成为人们关注的焦点问题。基于天然河流作为电站循环冷却水的水源要随季节变化而变化的是实际情况，那么怎样才能根据河流水位的变化来调整泵的转速以及运行台数，以保证其输出流量的变化下能耗为最小则是本文将要研究的重点问题。现在以图1所示【1】的供热机组循环冷却水系统为例，进行研究分析：
　　2.运行参数的确定
　　2.1 工频转速时水泵特性方程的确定
　　图2为图1的简化示意图，与此相对应的变工况下水泵及管路特性曲线如图3所示，其中Ⅰ0、Ⅱ0、Ⅲ0、Ⅳ0和Ⅰi、Ⅱi、Ⅲi、Ⅳi分别表示在工频转速和变转速时的不同台数水泵并联状态下的特性曲线；而g0、gi则分别表示在水源水位不同时所对应的管路特性曲线。为了便于问题的定量分析，现将这两种特性曲线的拟定方程设定为：
　　（1）
　　（2）
　　式中H—水泵扬程，mH2O；
　　η—水泵效率，%；
　　qv—水泵的流量，m3/h；
　　α0、α1、α2—水泵Hb-qv曲线拟合系数，其单位分别为m、h/m2、h2/m5；
　　β1、β2、β3—水泵ηb-qv曲线拟合系数，其单位分别为h/m3、h2/m6、h3/m9。
　　2.2 管路特性方程的确定
　　其特性方程可表示为：
　　（3）
　　式中：Hg-管路系统的阻力，mH2O；
　　Hc、Hr—泵中心距系统出、入口的静水压头，mH2O；
　　S—管路系统的阻力数，s2/m5。
　　对于已经投入运行的系统，，其中：
　　（4）
　　2.3 工频转速时单泵特性曲线的拟合
　　以“32Sh-19”型水泵为例，得出式（1）、（2）中拟合系数α0、α1、α2和β1、β2、β3的确定：若已知该泵的流量、扬程和效率的离散数据，便可采用“最小二乘法”原理[2]求得α0=40.4671m、α1=9.48356×10-4s/m2、α2=-4.7881×10-7s2/m5；β1=0.1163s/m3、β2=5.49913×10-6s2/m6、β3=-7.0479×10-10s3/m9，且拟合方程如式（5）和式（6）所示：
　　（5）
　　（6）
　　2.4 工频转速时多泵并联特性方程
　　计算推理得出：
　　（10）
　　同理，可得3台泵、4台泵乃至由更多的N台工频泵并联合成后的特性方程为：
　　（11）
　　2.5 变转速时单泵特性方程
　　首先，根据泵相似理论在变转速ni下流量与扬程的对应关系，可得其单泵特性曲线Ii方程【4】：
　　（12）
　　其中：
　　（13）
　　2.6 变转速时多泵并联特性方程
　　同理，根据水泵并联运行时工作特点，并参照式（12）和式（13）的导出过程，同样可以得到N台水泵同步变转速运行所应有的特性方程HN，i和变转速ni分别为（因并联水泵非同步调速运行具有能耗高、安全性差【4】，故这里不再讨论）：
　　（14）
　　（15）
　　2.7 变速时泵效率
　　计算可得i`点工况所对应的泵效率：
　　（16）
　　关于变转速下其它各点效率的求法可依此类推。
　　2.8 循环水泵能耗
　　为充分体现整套供水装置的性能，这里对调速系统中各环节的能耗进行全面考核，故有：
　　（17）
　　式中：Pin—系统输入总能耗，kW；
　　ρ—水的密度，kg/m3；
　　ηm、ηv—电动机及变速器效率，%。
　　3.算例
　　现以图1所示的母管制供水系统的电站为例进行分析计算。已知泵中心距系统出口的相对高度Hc=10m、水源水位变化距泵中心相对高度取Hr，i=-6～+6m；该泵所配电机功率P=625kW，工频转速n0=740r/min，取电动机及变速器效率之积的平均值ηm·ηv=0.9；通过计算得知该系统管路总阻力数S=5.5227×10-8h2/m5，故由式（3）可确定其特性方程为：
　　（18）
　　为了表达该工程中水位变化与流量、转速和功率的关系，故根据前述方法将其计算结果列于表1和表2中（因篇幅有限，关于泵的扬程及对应的效率变化这里不再给出）。
　　尽管有表3所列计算结果，但从与之相对应的图5中可以更能直观的看出：随着水源水位变化，均可采用不同台数的水泵来满足所需流量要求，但为此所具有能耗却大不一样。
　　比较图5（a）和图5（b）可以看出，当系统所需流量从16500m3/h降至15000m3/h时，尽管运行3台泵和4台泵均能满足要求，但两条能耗曲线都有一个交点，当水位分别高于泵中心线以下2.28m或5.47m时有3台泵运行的能耗小于4台泵运行的能耗。
　　又如，随着系统流量降至13500m3/h时，从图5（c）可以看出，在采用2台泵、3台泵或4台泵运行的三条能耗变化曲线有两个交点，即在水位高于距泵中心线以下6m或低于距泵中心线以上2m时，采用3台泵并联运行能耗最小，而采用2台泵的能耗最大；但当水位低于泵中心线以下2m时，则采用4台泵的能耗最大；当系统流量进一步降低到12000m3/h时，如图（d）所示，这三条能耗曲线的两个交点位置有了的变化，与图5（c）不同的是，当水位低于距泵中心线以下4.22m时，则有2台泵的能耗为最小的结果。
　　4.结语
　　通过对算例的结果分析得出，在积极提倡采用变频调速的方法进行调节的同时，也应同时采用不同台数水泵进行联合调节为最佳运行方式；同时，给出了并不是所有工况条件下其运行台数越少越好的结论，必须要引起工作人员的重视。此外还指出，在系统设计阶段确定泵站入口最低水位与泵中心的距离值时，应充分考虑到泵的最大吸上真空高度的限制，否则将达不到预期的效果。此运行选择方案，同样也适用于具有类似状况各行业的开式循环供水系统。
　　参考文献
　　[1] 蔡增基，龙天渝编著.流体力学泵与风机.中国建筑工业出版社，1999.12：347-351.
　　[2] 费业泰主编.误差理论与数据处理（第四版）.机械工业出版社，2000.5：98—107.
　　[3] 叶涛主编.热力发电厂（第二版）.中国电力出版社，2007.9：248.
　　[4] 胡思科，吕太，柏静儒.开式系统并联水泵非同步调速运行时的能耗分析.流体机械，2004.3：28—31.
　　作者简介
　　韩国彬：1979年生，工程师，现从事供热工程水泵系统研究和管理工作。