2012Vol46(Z2)水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响

水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响

"卷增刊!第!+,*年,*月!*

原子能科学技术

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水泵变频调节及旁路调节

对系统流量的影响

赵陈儒 薄涵亮

"清华大学核能与新能源技术研究院!北京!,#+++=!

摘要 在一体化小型动力堆中!采用,台离心式水泵同时向多个分系统提供流量和扬程使得反应堆系统简化!装置尺寸减小!结构更加紧凑$系统管路阻力特性随各分系统工况的调节发生变化!从而会对水泵的运行特性及各系统的流量分配产生重要影响$本文通过实例对分系统阻力特性变化对水泵变流量运行!以及各分系统流量的影响进行了计算和分析!并采用旁路阻力调节+水泵变频控制的方法调节水泵工作点!从而保证各分系统获得正常工作所必需的流量和扬程$计算和分析表明!相比于旁路阻力调节!通过水泵变频调速的方式对系统流量进行调节轴功率降低D且可靠性更高!更易操作!同时降+Y!低了系统的复杂性$

关键词 管路阻力特性&泵变频调速&水泵性能曲线&流量调节分配

中图分类号 "#:GDHD!!!文献标志码 -!!!文章编号 ,+++B"CD,*+,*',B+="DB+!

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收稿日期 修回日期 *+,*B+ZB*H&*+,*B,,B+*

作者简介 赵陈儒"!女!山西晋城人!助理研究员!博士!动力工程及工程热物理专业,C=H'#

水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响

="!原子能科学技术!!第!"卷

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&&(/;8581.450Q.011(5S4%8.03P%$M90Q.50R(.0$3))16H+!D++>?范围内的小型核反!!功率在,

建造周期短+便于模块化设计应堆具有投资小+

和建造的优点!有利于满足电网容量较小或电网不稳定地区的供电需求!对环境有较好的适小型动力堆还被用于核应性$除供电应用外!

,)

供热+海水淡化等领域($另外!由于能制氢+

如图D所示$此时系统管网特性随之改!?+!

如图*中曲线$所示$该系统中重力作用变!

可忽略!系统管网特性曲线为狭义管网特性曲线

$

核动力设备可不依赖空气提供动力!其在水下及航天航空领域的应用得到了越来越多的重视!如日本在*+世纪=+年代初开发了>AF

先进一体化船用堆(*)

和用于深海探测器的一体

化压水反应堆<AF(D)$

小型动力堆中反应堆一回路系统通常按照一体化布置!与大型堆相比!系统相对简单$采用,台离心式水泵向多个并联的分系统提供流量和扬程!可使装置尺寸减小!结构更加紧凑$分支系统的工况调节会影响管路的阻力特性!从而影响水泵的工作特性和系统流量的分配$为保证各分系统获得正常工作所必需的流量和扬程!

尽量降低各分系统间变工况的相互影响!一般采用泵的变频运行或增加系统旁路的方式对系统流量分配进行调节$本文通过实例对系统工况调节对管路特性及泵的工作特性的影响进行计算+分析和讨论

$

!工况描述

如图,所示!在某一体化反应堆一回路中!采用,台离心式水泵同时向分系统-和分系统b提供流量及扬程!形成一闭式管网系统$每个系统的设计流量均为B+!阻抗为?+!其余干路管网阻抗为?$系统在设计负荷下水泵运行曲线及管网特性曲线如图*所示$在事故工况下!分系统b切换至分系统I!其阻抗为

图,!分系统-与b并联工况"工况##X06&,!'(RQ7

Q.4/-839b03)858%%4%"18Q4##图*!水泵及管网工作特性X06&*!c(/)839)0)

4%03454Q0Q.83141;8581.450Q.01Q1(5S4

Q

图D!分系统-与I并联工况"工况$#X06&D!'(RQ7

Q.4/-839I03)858%%4%"18Q4$#工况#中!管网阻抗?#g?h?+

*!!水泵扬程C*B+#*

#g?#"g!"?h?+*!#B*+!

水泵轴功率Dg"*#D#+,++++#g

,+++#

!其中#为泵的效率$

工况$中!管网阻抗?$g?h!?+

*C!泵的扬程C$g?$B*$g"?h!?+*C#B*$$根据-和I的阻抗比可知!分系统-的流量B-g*B$*D!分系统I的流量BIgB$*D$

F!流量调节方法

为保证关键分系统-的流量在分系统b+

I切换前后能保持稳定!需对系统流量进行调节$一般调节方法有两种!即泵的变转速调节及管路阻力特性调节$

D

水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响

增刊!!赵陈儒等%水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响="H

FGD!泵变转速调节

通过使用变频电机!离心泵转速由"变为!泵的性能曲线随之改变!工作点由8变为"i

如图D所示!使得分系统b切换至I后!分:!

则此配至分系统-的流量与切换前保持一致!时泵的流量B$gD*B+*$狭义管网特性曲线与泵的变转速相似工况曲线重合!即:点与@点是相似工况点!符合比例定律!有B$*B@g*则转速应调至"*其中B@"E"!Eg",DB+*B@!

由转速为"对应的泵的工作特性曲线和切换后工作点变为@点!系统-流量相应增ZW!ZB*!

D

加至**W"H/;$

根据离心式水泵的比例定律可计算出!当分系统b切换至I时!泵的转速相应调节至

D

*系统-流量仍可保持***Z!+5/03!WH/;!

此时系统工作点如图*中:所示$与原转速

*相比!转速调节范围为H不超*C++5/03WHY!

过*符合离心泵的比例定律$+Y!

若采用增加旁路调节的方法!根据分系统-和分系统I的阻抗比!可计算得到!当系统-流

的管网特性曲线$计算得到$

GF!管路特性调节

增加系统旁路!根据原系统阻抗以及泵的工作特性曲线!选取合适的旁路阻抗?R)!与原系统并联!如图!所示!在分系统b切换至分系统I导致系统管路特性改变+

流量重新分配时打开该旁路!也可达到调节流量+保持关键分系统-流量不变的作用!此时管路特性曲线如图*中%所示!

泵的工作点为1点

$图!!增加系统旁路"工况%#

X06&!!b7B)8QQ546(%8.036R

5831;1$3341.49M0.;Q7

Q.4/"18Q4%#!系统流量调节实例分析比较

在某一体化小型动力堆中!离心泵在转速g*C++5*/03时的特性曲线方程为%C<,,HFCGZF=B>,F=!B*",

#其中%C的单位为/&B的单位为/D

*;$关键分系统-阻抗为,"!设计流量为*WH/D

*;!

阻抗相同的分系统b与-并联后系统总流量为D

*;!管网末端阻抗?g+WD"!

工作点为图*中8点!此时系统管路的压头损失!即泵的扬程为,+=WC/!管路特性方程为Cg!WD"B*$泵轴功率为分系统b切换至分系统I时!I系统阻抗?Ig"!!则I与-并联后!系统总阻抗$g?h!?+

*CgZW!Z!管路特性方程为Cg量为*WH/D*;时!系统I的流量为,W*H/D

*;

!而系统的压头损失!即泵的扬程CgZW!Z"B-h

BI#*

g,+HW+H/!

根据泵的特性曲线方程式",#可计算得到对应的流量应为HWD!/D

*;!工作点为图*中点1!则系统旁路应分流的流量为,WHC/D*;!旁路应增加的阻抗?R)gC*B*R)g

!,W!,$即系统中增加阻抗为!,W!,的旁路!如图!所示!可起到调节流量的作用!使得分系统b切换至分系统I时!关键分系统-的流量仍保持不变$

工作点8+@+:+1的系统阻抗+离心泵转速+泵流量+分系统-的流量+泵扬程+泵的轴功率列于表,$由表,中比较结果可看出!当与分系统-并联的分系统b切换至分系统I时!系统工作点由图*中8点变化到@点!分

系统-的流量由*WH/D*;增大至*W"H/D*;$

通过采用离心式水泵变频调节的方式!将泵转速由*C++5*/03降低至*Z!+5*/03!工作点相应变为:点!可使分系统-流量恢复至

*WH/D*;&或在系统中并联阻抗为!,W!,的旁路!

工作点变为1点!同样可起到保持分系统-流量不变的作用$对比两种调节方式!泵变频调节工况中"工作点:#泵的流量较旁路调节工况中"工作点1#小D+Y!轴功率也相应降低了D+Y!水泵耗电量减少!从系统节能的角度来看有较大的优势!且通过变频电机调节泵的转速!

控制十分便利!可靠性较高!亦不用增加额外的旁路管道+调节阀门+节流孔板等装置!降低了系统的复杂性$但该方法需对系统阻力进行准确可靠的计算!确定不同工况下各分系统的阻力特性!并根据各系统正常工作所需的流量和扬程选择水泵的变频调节范围!对水泵及其变频电机的选择提出了较高的要求$

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水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响

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表D!不同工况下管路及泵特性参数比较

原子能科学技术!!第!"卷

;0A-#D!O&?01)9&*&"6)#"-&C0*(6=?3010$%#1)9%)$9)*401)&=9$09#9666$

工作点

管路特性曲线

系统阻抗旁路阻抗

转速*,/"503^,#泵流量*

D,^,#"/;

系统-D,^,#流量*"/;

扬程*/轴功率*V?8#!WD"*C++@$ZW!Z*C++:$ZW!Z*Z!+1

%

DW"=

!,W!,*C++

!结论

一体化小型核动力堆中!多个系统并联工况变化时!在不改变原系统阻抗特性的前提下!可通过水泵变频调节或增加系统旁路调节的方式实现流量的调节$计算结果表明!对于本系统中的工况调节!采用泵的变频调节方式工况下的轴功率较旁路调节泵的轴功率降低了+Y!且操作更加便利!降低了系统的复杂性$参考文献

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(*)!陈炳德&日本小型核动力反应堆及其技术特点

(a)&核动力工程!*++!!*H"D#%,CDB,CZ!*+*&I@2Jb03694&a8)834Q4Q/8%%3(1%4855481.$5Q839.;405.41;3018%1;8581.450Q.01Q(a)&J(1%485c$M4523603445036!*++!!*H"D#%,CDB,CZ!*+*"03I;034Q4#&

(D)!阎昌琪!

李洪喜!孙中宁&深海潜器用小型核动力的研制与发展前景(a)&核动力工程!*+++!*,"!#%DZ=BD=+!D=!&

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