Poprawa dynamiki pompy diagonalnej

W krajowej energetyce od połowy lat 50. ubiegłego wieku, w zamkniętych obiegach wody chłodzącej skraplaczy turbin parowych stosowane są pompy diagonalne typoszeregu D. W większości są to maszyny o dużych mocach, od których ze względów eksploatacyjnych oraz ekonomicznych wymagana jest duża niezawodność działania oraz wysoka sprawność. W artykule przedstawiono modernizację pompy 180D40 w aspekcie poprawy stanu dynamicznego.

Pompy 180D40

Pompa wody chłodzącej 180D40 jest pompą diagonalną o następujących parametrach (podawanych przez producenta):

  • wysokość podnoszenia: 23m,
  • wydajność: 30000m3/h,
  • prędkość obrotowa: 370obr/min,
  • sprawność nominalna pompy: 85%,
  • moc napędowego silnika elektrycznego: 3150kW.

Dotychczas dla zmniejszenia skutków bardzo intensywnej kawitacji występującej w obszarze wlotu na wirnik – na ssanie pompy podawane było sprężone powietrze. Celem modernizacji wirnika pompy (180D40) było między innymi zmniejszenie intensywności kawitacji, a co za tym idzie – poprawienie stanu dynamicznego.

Zmodernizowana pompa wody chłodzącej pracuje w układzie pokazanym na rysunku 1. Pompy 5 i 6 (7 i 8) tłoczą wodę wspólnym rurociągiem do skraplaczy bloków 5 i 6 (7 i 8). Następnie woda powraca do wodorozdziału chłodni 1 lub 2. Woda chłodząca z mis chłodni kominowych spływa grawitacyjnie do komór zasilających pompy wody chłodzącej.

Rys. 1 Schemat układu pracy pomp 180D40.

Rys. 1 Schemat układu pracy pomp 180D40.

Obliczenia projektowe wirnika

Główne wymiary wirnika o kinematycznym wyróżniku szybkobieżności nq=101,7 oraz uśrednione parametry hydrauliczne dla średniej strugi, wyznaczone zostały metodą opartą o jednowymiarowy model przepływu z uwzględnieniem osiowej symetrii ruchu cieczy w kanałach, zakładając, że linie prądu są krzywymi przestrzennymi leżącymi na obrotowych powierzchniach prądu. Łopatka wirnika o przestrzennej krzywiźnie zaprojektowana została metodą punktową (rys. 2). Model geometryczny wirnika pompy 180D40 przedstawiono na rysunku 3. Wykonany, zmodernizowany wirnik pompy 180D40 przedstawia fot. 1.

Rys. 2 Przekrój merydionalny wirnika pompy typu D.

Rys. 2 Przekrój merydionalny wirnika pompy typu D.

Rys. 3 Model geometryczny wirnika pompy 180D40.

Rys. 3 Model geometryczny wirnika pompy 180D40.

Fot. 1 Wykonany zmodernizowany wirnik pompy 180D40.

Fot. 1 Wykonany zmodernizowany wirnik pompy 180D40.

Pomiary pompy 180D40

Do określenie parametrów przepływowych oraz stanu dynamicznego pompy przeprowadzono następujące pomiary:

  • pomiar wysokości podnoszenia,
  • pomiar wydajności,
  • pomiar mocy pobieranej przez silnik elektryczny SZJVf-1412L,
  • pomiar intensywności kawitacji.

Miarą intensywności kawitacji są wartości przyspieszeń drgań. Płaszczyzny pomiarów drgań bez doprowadzenia powietrza przedstawiono na rys. 4.

Rys. 4 Rozmieszczenie punktów pomiarowych.

Rys. 4 Rozmieszczenie punktów pomiarowych.

Pomiary wykonano przed i po modernizacji pompy 180D40. Wyniki pomiarów podano w Tabeli 1 oraz na rysunkach 5÷8.

Tabela 1 Pomiary wartości skutecznej przyspieszenia drgań przed i po modernizacji.

Tabela 1 Pomiary wartości skutecznej przyspieszenia drgań przed i po modernizacji.

Zastosowanie zmodernizowanego wirnika spowodowało zmniejszenie wartości skutecznej przyspieszenia drgań od 2,1 do 2,3 razy. Zmodernizowany wirnik nie wymaga obecnie dostarczania powietrza na ssanie pompy. Wyeliminowanie doprowadzenia powietrza na wlot pompy poprawia wymianę ciepła między kondensującą parą, a wodą chłodzącą, co pozwala uzyskiwać mniejsze ciśnienia w skraplaczu turbiny o mocy 200MW, przyczyniając się do wzrostu mocy turbozespołu.

Rys. 5a Przyspieszenia drgań. Pomiar 1 – przed modernizacją (rurociąg tłoczny).

Rys. 5a Przyspieszenia drgań. Pomiar 1 – przed modernizacją (rurociąg tłoczny).

Rys. 5b Przyspieszenia drgań. Pomiar 1 - po modernizacji (rurociąg tłoczny).

Rys. 5b Przyspieszenia drgań. Pomiar 1 – po modernizacji (rurociąg tłoczny).

Rys. 6a Przyspieszenia drgań. Pomiar 2 - przed modernizacją (rurociąg tłoczny).

Rys. 6a Przyspieszenia drgań. Pomiar 2 – przed modernizacją (rurociąg tłoczny).

Rys. 6b Przyspieszenia drgań. Pomiar 2 - po modernizacji (rurociąg tłoczny).

Rys. 6b Przyspieszenia drgań. Pomiar 2 – po modernizacji (rurociąg tłoczny).

Rys. 7a Przyspieszenia drgań. Pomiar 3 - przed modernizacją (ssanie pompy).

Rys. 7a Przyspieszenia drgań. Pomiar 3 – przed modernizacją (ssanie pompy).

Rys. 7b Przyspieszenia drgań. Pomiar 3 - po modernizacji (ssanie pompy).

Rys. 7b Przyspieszenia drgań. Pomiar 3 – po modernizacji (ssanie pompy).

Rys. 8a Przyspieszenia drgań. Pomiar 4 - przed modernizacją (ssanie pompy).

Rys. 8a Przyspieszenia drgań. Pomiar 4 – przed modernizacją (ssanie pompy).

Rys. 8b Przyspieszenia drgań. Pomiar 4 - po modernizacji (ssanie pompy).

Rys. 8b Przyspieszenia drgań. Pomiar 4 – po modernizacji (ssanie pompy).

Uwagi i wnioski

  • Modernizacja wirnika pompy 180D40 przyczyniła się do znacznego (2,1÷2,3 razy) zmniejszenia przyspieszeń drgań mierzonych na korpusie ssawnym i rurociągu wylotowym pompy, co świadczy o znaczymy zmniejszeniu intensywności kawitacji,
  • Dzięki wyeliminowaniu kawitacji zmodernizowany wirnik nie wymaga obecnie doprowadzenia powietrza na ssanie pompy, co daje duże korzyści finansowe związane z wyeliminowaniem produkcji sprężonego powietrza,
  • Proponuje się wykonanie projektu modernizacji pozostałych elementów układu hydraulicznego pompy 180D40 (kierownica wlotowa oraz wylotowa) mających wpływ na stan dynamiczny pompy oraz wartości osiąganych parametrów przepływowych w tym sprawności,
  • Likwidacja doprowadzenia powietrza na ssanie pompy poprawia wymianę ciepła w skraplaczu między kondensującą parą, a wodą chłodzącą. Umożliwia to realizację większych próżni w skraplaczu, umożliwiającej z kolei realizację większych mocy przez turbozespół.

W okresie kilku ostatnich lat Przedsiębiorstwo Badawczo-Wdrożeniowe PBW HYDRO-POMP Łódź zmodernizowało wirniki pomp 100D30, 120D40, 140D40 podnosząc sprawność całkowitą o 9÷15 punktów procentowych. Wyeliminowano również kawitację na wlocie do wirników wyżej wymienionych pomp.

W pompach 160D30 poza modernizacją wirników wprowadzono zaprojektowaną w PBW HYDRO-POMP kierownicę wstępną do regulacji wydajności pompy oraz zmodernizowano kierownicę wylotową. Wyniki pomiarów charakterystyk zmodernizowanych pomp podane zostały w opracowaniach niepublikowanych [1, 2, 3 i 4].

Literatura

  1. Pomiary przepływowo-energetyczne pompy wody chłodzącej z prototypowym wirnikiem HP100-30. Łódź 2010.
  2. Badania przepływowo-energetyczne pompy na stanowisku PCH101 z nowym wirnikiem 19.4HP13500 (120D40). Łódź 2007.
  3. Pomiary przepływowo-energetyczne pompy wody chłodzącej 140D40 bloku 12. Łódź 2010.
  4. Badania zmodernizowanej pompy 160D30. Łódź 2007.

Autorzy:

  • Andrzej Błaszczyk, Adam Papierski, Mariusz Susik – Politechnika Łódzka, Instytut Maszyn Przepływowych,
  • Grzegorz Koźba, Mariusz Nawrocki, Artur Staniszewski, Dariusz Woźniak – Przedsiębiorstwo Badawczo-Wdrożeniowe HYDROPOMP Sp. z o.o.

Fot. i rys.: zasoby własne autorów

Czytaj także: