定速、定流量双吸型清水泵节能改造.doc

定速、定流量、清水泵节能改造研究范煜晟摘要：闸述了水泵三元流叶轮节能技术的研究及应用，三元流叶轮改造具有投资少、见效快，实施方便，节能显著等特点。关键词：水泵；三元流叶轮；节能技术1概述目前，水泵的节能改造主要改造归纳为以下几种方式1） 切削叶轮节能改造：切削后的叶轮可以尽可能使水泵工况与系统工况接近。但同时降低了泵的效率，尤其是设计工况与实际工况偏差较大时，叶轮外径切削前后，其速度三角形难以保持相似，水泵效率降低很多。因此，其节能潜力是有限的。2） 电机变频调改造：利用电机转速的改变来调整泵的流量和压力。对于经常性变工况运行的情形。采用变频技术是合适的，但对于工况稳定，而采用变频来调整设计与实际的工况吻合性，技术上是不适宜的，长期低转速运行，虽节电，但水泵效率也是低的。3） 根据系统实际运行的现状，更换泵及电机：这种措施投资大，施工周期长，实施难度也较大，而且灵活性差，如将来系统需水量增大，则难以应对。另外，对于仅一台备用水泵的情形，很难实施这种改造。以上三种改造方式，我公司根据实际运行情况进行选择性的应用，取得了显著的节能效果，但还有一些大功率的定速、定流量、稳定工况运行的水泵（如二、三期大、小闭式水泵）还具备改造空间，但以上三种方式都不适合，为此提出采用水泵三元流叶轮节能技术，提高水泵效率，实现节能降耗。2 水泵三元流叶轮节能技术的研究与探讨21 水泵三元流叶轮理论的发展从水泵行业的设计理论看。1976年版美国权威工具书泵手册把我国科学家吴仲华创立的三元流动理论作为未来可能出现的新设计方法。1986年。射流尾迹三元流动计算方法用于水泵设计。目前国内外一些院所和大型泵公司陆续引进二元或准三元设计方法，进行水泵设计。22 水泵三元流叶轮节能技术的原理1）水泵三元流叶轮节能技术，实质上是通过使用国内外领先的泵设计软件射流尾迹三元流动理论，结合生产现场实际的运行工况，重新进行泵内水力部件(主要是叶轮)的优化设计，然后进行制造和更换，提高泵效率，减少能耗，可以针对实际使用要求，在不改变电机、泵体、管线等条件下增大流量、提高压力，以满足生产需要，或者在保证流量、压力不变的情况下降低电机工作电流，达到节能降耗的目的。2）具体作法是：根据用户的实际情况，先对在用离心泵的流量、压力、电机耗功等进行测试，并提出常年运行的工艺参数要求；再使用射流尾迹三元流动理论设计出泵内过流元件-叶轮，保证可以和原型互换，在不动管路、电路、泵体等条件下，更换水力部件；最后在同样测试条件下，对改型泵进行测试比较。3）理论依据：传统的“一元流理论”，就是把叶轮内两个相邻叶片间形成的流道。视为一个截面变化的弯曲流管。认为沿流线的流速大小随截面大小而变化，且假定在每个横断面上流速是均匀的，这样在流体力学计算中，流动速度( )就只是流线长度坐标(8)的一元函数，这种简化使泵内部流体力学的计算可以用手工算法得以实现。国内广为用的Sh、SA型双吸水平中开泵立足原苏联同类泵加以模化设计，就是采用这种理论进行的。然而由于叶轮流道的三元曲线形状又是在等速旋转之中，流速(或压力)不但沿流线变化，而且沿横截面任一点都是不相同的，即流速是三元空间圆柱坐标的函数。特别是叶片数也是有限的，流速和压力沿旋转周向( 坐标)的变化，正是水泵向流体输入功的最终体现，忽略这一点就无法计算水泵的扬程，这也就是为什么“一元流理论“只能计算叶轮进口、出口参数，而不能分析叶轮内部流动参数的原因。水泵的效率显然与其内部流动状况的好坏是密不可分的。传统的设计者只能根据已有泵的相似模化总结出一些经验作法，进行叶轮形状的设计(如速度数法、保角度变换法等)。由此可见，一元流理论固然简单，但不能完全反映泵内的真实流动，这就在设计上阻碍了泵效率的提高。研究表明，由于粘性和压力梯度的存在，泵轮出口沿叶片吸力面及前盖板表面都会有流体的脱流。形成“尾迹”区它们不但消耗了有用功降低泵效率，而且由于流道的堵塞，使流量减少。这些都是一元流动理论无法预测和分析的，只有通过三元“射流尾迹”流动计算才能得出定量分析，这样才能使我们改善叶轮内流动状态。减少进口冲击和出口尾迹脱流等损失，使泵效率真正得以提高。三元流叶轮与普通叶轮的比较：根据上述方法重新设计出的三元流叶轮与原元流叶轮有相同安装尺寸(轴孔、键、密封环)，但叶片形状有很大的变化。其区别见叶片示意图1。图l中左图为叶轮叶片的子午面视图。只画出了双吸叶轮的左半面。右图为一个叶片的前视图。其主要区别在于：(1)子午流道三元流叶片加宽了许多，特别是轮毂减小，以增大流通能力。(2)子午流道三元流叶轮直径减小，而出口宽度增大。(3)三元流叶片扭曲度较一元流大很多。(4)三元流叶片进El边向来流进口伸展。减少进口损失。因此，三元流叶轮是叶型更加合理，其设计参数又紧贴实际工况的效率更高的叶轮，它可将原泵改造成一种与工况吻合。节能型“新泵”。3. 三元流叶轮水泵改造的应用 三元流叶轮改造适合定速。定流量、双吸型水泵，广泛应用石油、化工、钢铁制造、金属冶炼，自来水公司、供水站、发电厂等水泵耗能较高的企业，节能效果显著。典型应用(1)山西省阳泉市自来水公司改造了全部14台供水泵，达到年节电185万度的明显效益，获1994年度阳泉市科技一等奖。(2)山西省长治市供水公司改造了两级泵站，实现年节电528万度，年度多供水300万吨的效果，获1995年山西省建设系统科技进步一等奖。(3)、1997年内蒙古灵泉发电厂改造24Sh-19(A)型循环水泵，实测泵流量由3809立方米时，提高到4621立方米时，流量增大了213，而这仅用更换泵叶轮就得以实现。辽河油田热电厂用更换大型号泵的方式改造同一型号水泵，不但要更换泵体，而且还要选用更大型号的电机，不仅投资大了几倍，得到的增容效果还远不如前述方法。(4)、1998年改造唐山发电总厂的K-800型循环水泵(原为捷克70年代制造)。泵流量由3000立方米时增大到4200立方米时，使这些本该早已报废的设备又焕发出青春。(5)、广东省东莞市石排自来水公司改造一级泵站，年节电31万度(2000年)。(6)、辽河油田供水公司改造台安水厂供水泵，年节电81万度/台(2000年)。(7)、大庆油田供水公司改造两台14Sh-9A型水泵，单泵日节电1320度，全年节电48万度(2001年)。（8)、大冶特钢动力厂20SA-9A型水泵改造，单耗从0-2184 KWh/m3下降到0-1960 KWh/m3，降幅达10%以上，全年节电100万度以上。(9)、东方钢铁公司炼铁厂500s-98B型水泵改造，泵出口压力提高了4%，流量加大了5%，而电机工作电流下降了6A（6000V），综合节电率21%，全年节电100万度。 4 结论水泵三元流叶轮节能技术具有以下几个特点：(1)三元流叶轮实际上将原泵改变成一种全新的泵，其泵效率最高点对应用户所需的流量、扬程等实际工况，并按三元流叶型设计，使泵效率得到科学而充分的提高。这正是该项水泵节能技术的创新之处。(2)由于不动电机、泵体、泵轴、管线等，改造工作容易实施，实用性强。(3)与变频、换泵或电机方法比，具有投资省、见效快的特点。(4)节能改造的灵活性强，如八泵站中压泵组、厚板厂浊环高压供水泵组需提高供水量原泵达不到，而应用三元流叶轮实