混合動力（lì）水輪機在氣體分離裝（zhuāng）置中的應用

圖1  混流式（shì）水輪機結構

（1）進水（引水）部件引水室—蝸殼：將水（shuǐ）流均勻、旋轉，以最小水頭損失送入轉輪。

（2）導水機構（導葉及控製設備)：控製工況。改變（biàn）進入轉輪的水流環量，根據（jù）機組所帶（dài）負荷的變化情況隨時調節水輪機（jī）的引用流量，以改變機組出力的大（dà）小，並進（jìn）行（háng）開、停機操（cāo）作。

（3）轉輪（水輪機將水能轉換為（wéi）剛性機械能的核心部件）：能量轉換，決定水輪機的（de）尺寸、性能（néng）和結構。混流式通過導水機構的（de）水流徑向（xiàng）流入（rù）轉輪，從轉輪扭曲形葉片之間的流道進口向出口流動，水流（liú）到達流（liú）道（dào）出口時，由於扭曲形流道改變了水流的前進方向，水流給轉輪一個反作用力，形成使轉輪轉（zhuǎn）動的旋轉力矩（jǔ），實（shí）現將水能轉換為機械能（néng）。

（4）泄水（shuǐ）部件泄水錐（尾水管）：回收能（néng）量（liàng）、排水至下（xià）遊

2.2  原有（yǒu）電力傳（chuán）動設備

原有的電力（lì）傳動設備主要依靠電機為減速機提（tí）供動能，同時，減速機（jī）齒輪箱（xiāng）為耳機減速傳動，采用螺旋錐齒副和斜齒輪副相結（jié）合的傳動體係，見表1。

3  水輪機節電（diàn）改造項目實施情況

3.1  實施改（gǎi）造過程

來自丙烯（xī）塔T4103係（xì）統冷卻（què）器E4107的循環（huán）冷卻回水（shuǐ）利用餘（yú）壓經循環冷卻回水管（guǎn）網直接進入冷卻塔（圖2），在（zài）水（shuǐ）輪機的作用下，通過調整水輪機進水口蝶閥額開度調整水量，進而調整水輪機轉速。同時，水輪（lún）機出口循環水自上而下的流動中與自下而上流動的空氣在填（tián）料層充分接觸，通過蒸發和傳導作用（yòng）進行熱量交換使熱水降（jiàng）溫到工藝要求值。冷（lěng）卻後的水落入塔（tǎ）底水池，然後由循環水泵提壓供E4107換熱使（shǐ）用。同（tóng）時，在水輪機入口循環水線加跨線直接進涼水塔。該（gāi）跨線（xiàn）可在（zài）調整水量及風機切換（huàn）時使用。

3.3  輔助動力源

本套水輪機的最大特點是使用兩種（zhǒng）動力源。第一套動力是利用循環水的回水動能來驅動水輪機轉動，水輪機的（de）輸出軸與風（fēng）機相連，帶動風機工作，它把循環水進（jìn）入布水器（qì）時（shí）直接（jiē）釋放而浪費（fèi）的能量收集利用（yòng）驅動風機；第二套動力來自於輔助電機。在餘壓不足時，可通過（guò）“水輪機+輔助電機”運行模式，使風（fēng）機運行在額定轉速，滿足生產（chǎn）的需求，既最大限度的回收了富餘能（néng）量（liàng），又不影（yǐng）響生（shēng）產。通過傳動係統使兩部分動力疊加使（shǐ）風機達（dá）到運行要求。

由圖（tú）3可知，隨著兩台風機轉速的下降T4103頂（dǐng）壓力有所（suǒ）上升，但是仍然在操作指標之內，對實際生產影響不大。同時，對此階段涼水塔的（de）補水量進行統計，見圖（tú）4。

由圖4知2016年夏季平均每天（tiān）補水量為：457.5m³，2017年同期的平（píng）均每天補水量（liàng）為：417m³。考慮到（dào）2017年（nián）7月初AOP係統消耗2m³/h新鮮水並補入涼水塔係統，將該量計入總補（bǔ）水量之中。

表5  2016年與2017年（nián）同期飄水率對照表

由表5可知，在（zài）滿（mǎn）足（zú）生產需（xū）求的基礎上將改
造後風葉的轉速進行調整，涼水塔飄水率由1.733%下降至1.308%，下降幅度高（gāo）達24.5%。同時，兩套風機通過流程改動可實現單機單塔（tǎ）運行（háng）、雙機雙塔運（yùn）行（háng）、單（dān）機雙塔運行以及雙塔運行（水輪機完全退出），便於根據實際生（shēng）產需求靈活調整風機的使用狀態（tài）。

4.3  減少設（shè）備故障率

隨著減速機及動力電機的使（shǐ）用壽命的增長（zhǎng），設備的故障率也逐年增多，同時，由於涼水塔設備安裝在高處且減速機（jī）安裝在筒體內，使設備維護維修難度進一（yī）步增加。近三年涼水塔設備故障（zhàng）共發生10次，其中電機及傳動設（shè）備故障5次，減速（sù）機故障5次。相比（bǐ）電風機維修周期短，由於水輪機是靠（kào）水的勢（shì）能來帶動分輪轉動，所（suǒ）以它損壞的（de）概率（lǜ）極小（xiǎo）。正常情況下軸承可長（zhǎng）期連續工作（zuò）達5×10⁴ h以上。以水輪機替代電動機及減速器，避免傳統冷卻（què）塔每年對電（diàn）動機、減速器等的維護、更換費用。以2016年減速機更換為例，單次吊裝、維修費用（yòng）達0.8萬元（yuán）。

同時，改脂潤滑為（wéi）油潤滑，避免（miǎn）了設備長期工（gōng）作在較高溫度環境下潤滑脂易（yì）老（lǎo）化的（de）問題（tí）；同時，將油泵和（hé）轉軸合為一體，既滿足了設備本體的潤滑需要，又去掉了傳統的外置潤油油泵，換油加油更方便，運行周期更長。

5  結語

本（běn）套氣體分離裝置丙烯塔配套涼水塔使用（yòng）水（shuǐ）輪機進行（háng）節（jiē）能改造，充分利用了循環水回（huí）水的富餘能（néng）量（liàng）為風機轉動提（tí）供能量，在滿足裝置（zhì）實際生產需求的情況（kuàng）下起到了良好的節電（diàn）節水（shuǐ）效果。同時，取消了電機、傳動軸及減速機等設（shè）備，有效（xiào）降低了設備維護、檢修成本。

來源: 化工設備管理與培訓