沙灣水電站變頻泵技改淺析

劉 恒

(四川圣達(dá)水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川樂(lè)山 614900)

1 沙灣水電站消防水系統(tǒng)

消防供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行是保證水電站消防安全的最后一道防線(xiàn)，事關(guān)人身、機(jī)電設(shè)備和財(cái)產(chǎn)安全。與消防水系統(tǒng)管網(wǎng)相連接的各種消防泵，特別是變頻泵是消防水系統(tǒng)的核心和重要設(shè)備;而引起變頻泵故障的原因包含水泵機(jī)械故障、電機(jī)電氣故障以及水泵和電機(jī)協(xié)聯(lián)故障等。

沙灣水電站消防水系統(tǒng)由遍布全廠的消防管網(wǎng)、消防清水池、消防水箱、3臺(tái)消防泵、2臺(tái)消防水箱供水泵和2臺(tái)變頻泵組成。消防水來(lái)自前池(高程為420m的取水口)，經(jīng)兩臺(tái)全自動(dòng)濾水器過(guò)濾后向消防清水池注水。消防水箱供水泵、變頻泵和消防泵并列設(shè)置。正常情況下，2臺(tái)消防水箱供水泵將水從消防清水池抽至壩頂?shù)南浪洌鳛閭溆孟浪?2臺(tái)變頻泵向消防管網(wǎng)供水以保證消防水系統(tǒng)壓力正常運(yùn)行。消防水經(jīng)全廠消防管網(wǎng)供給全廠各層的消防栓、機(jī)組及主變雨淋閥、油庫(kù)、機(jī)組主軸密封和生活用水等，形成消防水系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)。

3臺(tái)消防泵和隔膜式氣壓供水罐接于消防水系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)。隔膜式氣壓供水罐接入0．7MPa的低壓氣，以調(diào)節(jié)消防水系統(tǒng)的壓力。當(dāng)電站廠房?jī)?nèi)發(fā)生火災(zāi)、消防聯(lián)動(dòng)控制器動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)消防泵，向消防水系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)加壓供水，確保系統(tǒng)水壓和用水量滿(mǎn)足消防安全要求。

2 變頻泵存在的問(wèn)題

變頻泵及電機(jī)參數(shù):變頻泵電機(jī)型號(hào)為YVF160M2-2，功率15kW，絕 緣 等 級(jí) F，轉(zhuǎn) 速2900r/min，額定電流29A，額定電壓380V。變頻泵型號(hào)為 XBD8．5/5．7-65-315，揚(yáng)程 85m，吸程7m，流量5．7L/s，效率36%，配用功率15 kW。

2臺(tái)變頻泵正常運(yùn)行時(shí)一主一備輪換運(yùn)行，電機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)正常且通風(fēng)良好。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2臺(tái)變頻泵電機(jī)本體溫度偏高，約為78℃。電機(jī)對(duì)地絕緣電阻最小值為520MΩ，符合電機(jī)正常運(yùn)行要求。變頻泵工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)最高電流為37．8A，最低為 33．8A，其額定電流為29A;但變頻泵工頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電流超出額定電流8．8 A。檢查變頻泵及電機(jī)軸承完好，擺度值符合技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在更改變頻器頻率設(shè)定值的情況下，變頻器控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)頻率設(shè)定值漂移現(xiàn)象，不能滿(mǎn)足變頻泵安全運(yùn)行要求。因此，需對(duì)其進(jìn)行技改。

3 消防變頻泵的技改方案

根據(jù)變頻泵工頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)測(cè)電流，計(jì)算得到在工頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際功率為19kW，超過(guò)了變頻泵的額定功率。由此可見(jiàn)，沙灣水電站變頻泵工頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)本體溫度偏高是由于電機(jī)過(guò)負(fù)荷引起的。根據(jù)水泵切割拋物線(xiàn)原理，對(duì)變頻泵葉輪進(jìn)行了適量切割，在滿(mǎn)足供水壓力的前提下，可通過(guò)降低變頻泵的揚(yáng)程和減小泵的出流量的方式以滿(mǎn)足工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)按額定電流運(yùn)行。

將變頻泵的額定功率P'作為變頻泵葉輪切割后的功率，工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)過(guò)最大電流時(shí)的功率P作為切割前的功率。根據(jù)水泵切割定律［1］，切割后變頻泵葉輪直徑為D'2，計(jì)算過(guò)程為:

根據(jù)水泵切割定律計(jì)算變頻泵切割后的揚(yáng)程H'和流量qv。計(jì)算過(guò)程如下:

經(jīng)計(jì)算得到變頻泵輪葉切割后的直徑D'2為291mm。變頻泵葉輪切割量的多少受制于比轉(zhuǎn)速ns的大小，比轉(zhuǎn)速和切割量必須滿(mǎn)足切割定律的限制條件。切割量大，則不能保證變頻泵切割前后的過(guò)流面積和葉片安放角，這將不能滿(mǎn)足工程需要，同時(shí)也不滿(mǎn)足切割定律的條件。計(jì)算得到切割后的變頻泵葉輪尺寸是否滿(mǎn)足葉片安放角和過(guò)流面積還需驗(yàn)證。變頻泵切割后的比轉(zhuǎn)速ns計(jì)算如下:

切割量△D和切割比K計(jì)算如下:

根據(jù)切割定律關(guān)于切割水泵葉輪外徑的最大允許切割比K與比轉(zhuǎn)速ns的關(guān)系，即比轉(zhuǎn)速ns＜60r/min，葉輪切割比K不大于0．2才能滿(mǎn)足切割定律的要求［1］，沙灣水電站消防變頻泵切割后的比轉(zhuǎn)速ns為31r/min，切割比K為0．076。對(duì)變頻泵葉輪進(jìn)行切割后不改變?nèi)~片安放角，過(guò)流面積達(dá)到要求，滿(mǎn)足切割條件。

綜上所述，由計(jì)算得到的切割后的變頻泵葉輪直徑為291mm，采用只切割變頻泵葉輪葉片而不切割葉輪前后蓋板的這種新型的切割技術(shù)，對(duì)沙灣水電站消防變頻泵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打磨葉片［2］處理，回裝調(diào)試運(yùn)行的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)為:變頻泵的功率為15kW，效率為38%，揚(yáng)程為72m，流量為5．26L/s。研究表明:低比轉(zhuǎn)速水泵葉輪小幅度切割后效率反而增加［2］。實(shí)際運(yùn)行校核結(jié)果表明:此舉可保證變頻泵葉輪切割前后效率基本不變，滿(mǎn)足變頻泵供水運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)沙灣水電站消防變頻泵輪葉葉片切割24 mm進(jìn)行技改處理，可以保證變頻泵葉片安放角基本不變，僅變頻泵的揚(yáng)程降低了15%，出口流量降低了7．7%，但仍能保證水泵的出力和效率，且變頻泵工頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)不過(guò)載，從而極大地改善了變頻泵的運(yùn)行條件，確保了電站消防水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

［1］ 張克危．流體機(jī)械原理(上冊(cè))［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000．

［2］ 劉亮．葉輪出口參數(shù)對(duì)離心泵性能的影響［J］．長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1995，10(4):426-429．