内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（以下简称托电）6、7、8号机组每台锅炉配备2台引风机冷却水泵，6台水泵均采用山东博泵科技股份有限公司生产的IS125-80-250A型单级清水离心泵，流量为180m3/h，扬程为63.9 m，轴功率37.5 kW，转速2950 r/min，配用电机功率45 kW，配用电机额定电流82.3 A，原配水泵轴承和推力轴承型号均为FAG6307。

在实际运行中，冷却水泵的电机电流经常会突然增至84.5 A左右，水泵轴承频繁烧损。为了确保电机的安全运行，只有将冷却水泵出口门关小至75%左右来降低电机载荷，导致设备运行存在一定安全隐患，增加了节流损失，降低了机组运行的经济性。

经过对系统的检查和测量计算^[1]，发现在冷却水泵设计流量下，系统的扬程损失约为40 m，水泵入口静压为0.17 MPa（膨胀水箱布置在锅炉4层17.5 m），水泵扬程为所需扬程的1.6倍且带压运行。而在选择水泵时，扬程一般为计算扬程的1.1~1.3倍，如果水泵扬程过大或入口压力增大，都会使水泵实际运行的工况点右移，造成水泵流量和轴功率增大。图 1为冷却水泵原设计工况与实际运行工况对比。

图1(Figure 1)

图1 冷却水泵原设计工况与实际运行工况对比

其中，A为原设计工况点，Q₁为原设计流量，H1为原设计扬程，N₁为原设计功率，η₁为原设计水泵效率。经实际测算，由于系统实际沿程阻力较原设计值偏小，因此实际运行工况点为B点，Q₂为实际流量，H₂为实际扬程，N₂为实际功率，η₂为实际水泵效率。由图 1看出，原设计工况是高扬程、低流量，而实际运行工况是低扬程、大流量、低效率、高能耗。

经排查，发现叶轮前盘和后盘存在面积差（前盘面积小于后盘面积），造成叶轮前后两面液体压力不平衡，水泵在运行时会产生与液体进入叶轮方向相反的轴向力，不仅造成推力轴承轴向受力增大，而且使水泵转子沿轴向振动增大，导致轴承因摩擦力增大而温度升高，最终导致冷却水泵轴承烧损。

经节能改造分析后，对冷却水泵叶轮进行车削，达到优化运行工况的目的。为了保证电机负载在安全的范围内，同时保证水泵出力能够满足系统需求且在高效工况区间内运行，切削时需根据切割定律公式进行^[2]：

P₂—叶轮切削后功率，kW；

D₁—叶轮切削前直径，mm；

D₂—叶轮切削后直径，mm。

切削后，叶轮直径由250 mm切削至199 mm，叶轮直径D2缩小为原叶轮直径D₁的80%，水泵功率P₂降至原功率P₁的60%。对优化后的实际运行工况进行检测分析，获得了系统的管路特性曲线，曲线上的流量Q₂对应的C点（Q₂，H₃）为最佳工况运行点，即系统最佳工况为流量Q₂，扬程H₃，轴功率N₃，水泵效率η₃，如图 2所示。

图2(Figure 2)

图2 优化前、后水泵运行工况对比

图 3为优化前后水泵能耗对比。面积（0，H₂，B，Q₂）为改造前的运行能耗，面积（0，H₃，B，Q₂）为优化改造后的运行能耗，二者面积差（H₂，H₃，B，C）即为可节约的能耗^[3]。

图3(Figure 3)

图3 优化前、后水泵能耗对比

通过对冷却水泵叶轮切削的优化改造，不仅保障了水泵电机的正常出力，提高了水泵运行的效率，还大大降低了水泵运行的能耗。冷却水泵改造前、后技术参数对比见表 1。

表1(Table 1)

表 1 冷却水泵改造前、后技术参数对比

表 1 冷却水泵改造前、后技术参数对比

托电6台引风机冷却水泵原配轴承均为FAG公司生产的6307型深沟球轴承，该型号轴承能承受的轴向力很小，无法承受水泵运行时由驱动端向非驱动端产生的轴向推力，因此造成轴承箱非驱动端轴承摩擦增大，温度大幅度上升，导致轴承使用寿命缩短^[4]。

经过分析研究，决定采用7307型号的角接触推力球轴承，以承受水泵运行时所产生的轴向力。原轴承和现轴承载荷能力对比见表 2。

表2(Table 2)

表 2 原轴承和现轴承载荷能力对比

表 2 原轴承和现轴承载荷能力对比

冷却水泵经过叶轮车削和更换7307型轴承后，不仅能够保持冷却水系统稳定运行，而且配用电机的电流值明显下降。

根据三相交流异步电机的输入功率公式^[5]：P=1.732UIcosφ，分别计算水泵叶轮车削前后冷却水泵电机输入功率，改造前、后电机电流及输入功率对比见表 3。

表3(Table 3)

表 3 改造前、后冷却水泵电机电流及输入功率对比

表 3 改造前、后冷却水泵电机电流及输入功率对比

由表 3计算得出，6台冷却水泵电机共降低功率104.257 kW，年节约厂用电量为913 291.32 kWh，厂用电单价按0.3元/kWh计算，即水泵改造后，全年可节约用电成本为273 987元。

6台冷却水泵原配6307型深沟球轴承更换为7307型号的角接触推力球轴承后，轴承平均使用寿命由3个月（根据半年内轴承更换次数估算）延长至55.6个月（根据基本额定寿命），冷却水泵平均解体检修频率由4次（/ 台·a）减少至0.23次（/ 台·a），不仅节约了设备备件成本费用，而且节省了人工检修时间和费用。按照FAG 公司的6307型轴承供货价格120元/盘，7307型轴承供货价格130元/盘计算，每年每台水泵可节约备件费960元，6台水泵节约备件费共计5760元/a。人工维护按20个工时，每个工时按200元计算，每台水泵每次解体检修工时费为4000元，6台泵共计节约工时费96000元/a。综上所述，6台水泵改造后全年可节约维护成本约10.2万元。

本次优化改造，不仅解决了托电6、7、8号机组冷却水泵电机负载过大问题，还解决了水泵轴承频繁烧损的问题。通过对冷却水泵进行叶轮车削和轴承的重新选型，在降低冷却水泵运行能耗的同时，进一步提高了冷却水泵运行的稳定性，降低了冷却水泵的故障发生率，同时还提高了电厂运行的经济性，每年可节约水泵运行和维护成本合计约37.6万元，达到了节能降耗的目标。