定速泵与调速泵给水中技术经济分析

1 定速泵与调速泵的工作原理和特性 

当泵安装在一定的管路中工作时，实际的工作状态不仅取决于泵本身的性能曲线，还取决于整个管路的特性曲线。这2条曲线的交点决定了泵在管路系统中的运行工况。在管路特性曲线相同的装置系统中，对于不同的泵，其工作点是不同的。定速泵和调速泵的工作点就有很大的差别，从而使流量、扬程、效率不同。 

定速给水泵在给水系统中一般为离心式，其工作原理是利用旋转产生的离心力使流体获得能量。它是通过一定功率的电动机带动泵以一定转速转动，使流体得到一定的压能和动能。调速给水泵（以YT62型液力偶合器为例）有一特殊件—液力偶合器。它是安装在原动机（电动机等）与给水泵之间的转动件，以液体的动能来传递动力的液力传动装置。其工作原理是：在主动轴端部有1个泵轮，在从动轴上与主动轴相对的一端有1个涡轮，泵轮与涡轮间保持一定间隙，两者形成1个腔型，称为循环圆。当原动机带动主动轴旋转，工作液体便在泵轮中获得能量，并以一定的速度从泵轮甩出，冲向涡轮，将能量传递给涡轮，从而带动被动轴旋转，实现了动力的传递。     
循环圆中工作油的循环只有在泵轮和涡轮处以不同的转速（存在滑差）即存在离心力差时，才能保持循环。在额定运行条件下的滑差≤3％，只要改变循环圆中的油量，即改变充油量，就能调节从动轴的转速和传递功率，实现无级调速。  

2 定速泵、调速泵的技术经济性比较 
河北热电有限责任公司八期技改工程为2台200 MW双抽供热机组和4台410 t／h的循环流化床锅炉，每2炉1机为1个单元，计划每个单元设置铭牌出力为440 t／h，扬程为1 400 m的2台调速泵和1台定速泵。下面比较当系统中定速泵（或调速泵）单独运行、2台定速泵（或2台调速泵）并列运行、1台定速泵与1台调速泵并列运行的状况。  
2．1 定速泵（或调速泵）单独运行
改变泵本身性能曲线的方法有变速调节、动叶调节和汽蚀调节。改变管路特性曲线的方法主要有出口节流调节、入口节流调节，而最普遍采用的调节方式是出口端节流调节，它是利用改变阀门开度来进行调节的方式。一般定速泵为出口端节流调节，调速泵为变速调节。 
锅炉的启动时间较长，而且将锅炉的负荷带至410 t／h的整个提压过程按机侧的要求是逐步达到的，也就是说在这个过程中如果采用调速泵可以仅仅靠改变转速就能满足机炉的启动要求。从调速泵特性曲线可看出，流量在120～450t／h时对应的扬程可根据炉的逐步升温升压从800m（或者更低）提升到1 400 m，而不需要调节给水调节阀。如此时采用定速泵，则需长时间的节流给水调节阀去满足所需的流量，因此耗费较高的能头。 
流量从120～450 t／h，对应的扬程为1 680～1 430 m，多余的能头被给水调节阀消耗掉，见式（1）：  
式中 N———电机消耗的功率，k W；  
g———重力加速度，m／s2；  
Q———质量流量，kg／s；  
H———扬程，m；  
η———泵的效率，％。  
可以看出，在其他参数一定的情况下，功率N和扬程H是成正比的。由于调速泵可以在管路特性曲线不变的情况下仅通过改变转速就可达到机炉启动要求，因此其节能效果是显著的。如在120 t／h时，调速泵可比定速泵省一半的功率。 
2．2 泵的并联运行  
泵并联的目的是在压头相同时增加流量，由此再画出共同管路特性曲线b与泵的并联特性曲线的交点C，即并联工作时的工作点，此时流量为QC，扬程为HC。并联工作的特点是：扬程彼此相等，总流量为每1台泵（同性能泵）输送流量之和，即QC＝2 QA。该期工程采用2炉1机制，当第2台锅炉点火带负荷时需要启动第2台给水泵。下面对2台定速泵的并联和1定1调及2调的情况做一比较。  
2．2．1 2台定速泵在给水系统中的并联运行  
定速泵并联运行时是靠改变管路特性曲线的方法即调节锅炉给水调节阀的开度来达到调节流量的目的。这样工作点是随着流量的变化，扬程也发生变化。一般设计点是在给水调节阀全开的情况下设计给水泵的流量、扬程、效率，此为经济工况点，而通过节流调节的方法虽然简单方便，但所产生过高的扬程由给水调节阀消耗掉，造成能量损失，低负荷时经济性更差。特别是河北热电有限责任公司为供热机组，热负荷受工业热用户及采暖热负荷的影响很大，主给水流量经常变化，长期靠调节给水调节阀的开度来调节流量，必将导致比纯凝机组更大的经济浪费，而且使给水调节阀的冲刷损坏严重。 
当系统在额定负荷（2 Q0）运行时，扬程为给水泵的额定扬程H0，流量为2台给水泵的额定流量之和2 Q0，此时的管阻曲线为b，即给水调节阀处于全开状态；当系统在0．75额定负荷（1．5 Q0）运行时，由于管路特性曲线变为b′，即给水调节阀为节流状态，从而使并联泵的工作点由原来的A变为A′，此时流量为1．5 Q0，扬程为H1，对应单个泵的工作点由B变为B′，即流量为0．75 Q0，扬程为H1，也即扬程由原来的H0，增加了H1－H0。  
2．2．2 1台调速泵与1台定速泵的并联运行  
如果每个单元为2台定速泵，再加入1台调速泵。正常运行中通过调速泵来调节机组所需的给水流量，就可克服给水母管压力过高的缺陷。这种运行方式要求调速泵的出口压力保持为定速泵的额定出口压力，而流量在30％～100％之间变化，这就需要同时调节给水泵特性曲线（通过调节给水泵转速）和管阻特性曲线（通过调节给水调节阀开度）。使工况点落在扬程为H的直线段上。
并联运行中，满负荷工况下运行于A点，流量为2 Q0，压头为H0，定速泵与调速泵均运行于B点。当负荷减至1．5 Q0，将调速泵转速降低，泵特性曲线变为a2，以使给水泵组总扬程曲线至a2′。同时改变给水调节阀开度，使管阻特性曲线至b′。此时运行工况点为A0，定速泵仍运行在B点（即泵的额定运行工况点），调速泵则运行于B0点，流量为0．5 Q0，压头仍为H0，这样在1．5 Q0的流量下，比前面所说的纯定速泵系统节省了H1－H0压头差的能耗。  
假如此时不调节管阻特性曲线，可将原管阻特性曲线向下延长与原单台定速泵的特性曲线相交，会发现定速泵的负荷过高，调速泵只能带较少的负荷，这将导致定速泵过负荷和调速泵负荷过小而发热、振动甚至汽化的不良现象，故当有调速泵时应采取同时调节给水泵特性曲线和管阻特性曲线的方法来达到调节流量的目的。  
2．2．3 2台调速泵并联运行  
调速泵并联运行时靠改变调速泵的转速使扬程与流量均满足锅炉的要求，这样既避免了2台定速泵并联时，泵在较低流量（额定流量以下）运行时，高扬程所带来的浪费；又克服了当1台锅炉带满负荷另一台锅炉点火或带小负荷时，1定1调并列运行使定速泵过负荷，调速泵负荷过小对泵的损伤。保证了机组的经济性和安全性。 
3 结论  
综上所述，调速泵、定速泵并联的系统比全为调速泵的系统节省了初投资，与全为定速泵的系统相比降低了给水单耗，特别作为供热机组，在河北热电有限责任公司八期技改工程给水系统中设置2台调速泵的技术经济性较好，以1台定速泵作为备用是比较合理的。