叶轮切削

叶轮切削（精选三篇）

叶轮切削 篇1

泵是一种流体机械, 它是将原动机的机械能转变为输送流体、给予流体能量的机械。它是国民经济各部门必不可少的机械设备, 被广泛的应用在工业中, 用于为工艺输送流体、为水利系统提供动力。

由于泵对于许多用户的日常生产运行非常重要, 导致用户为了确保泵能够满足所有的工况条件而在泵的选型过程中过于保守, 所选泵对于系统而言容量过大。为了保证泵能够充分满足系统的要求, 工程师通常忽略选取过大的泵所增加的成本, 而只考虑增大泵的容量来保证系统运行的安全性要求。令人遗憾的是, 这种使用方式导致了更高的系统运行及维护保养成本。另外, 在低效率的运行操作条件下, 泵选型过大通常情况下比流量和扬程与系统匹配的泵需要更频繁的维护保养。过大的流动能量提高了磨损并且损害系统部件, 导致阀门损害、管道系统承压增加及噪音问题的出现。人们习惯将泵选型过大称为“大马拉小车”现象, 处理这种现象有节流、旁通、调速、更换泵、叶轮切削、叶轮置换等几种方法, 前面三种用户采用较多, 实际上在某些高电压供电场合有时应用叶轮切削的方法更为简单有效。

由于水泵在设计选型时通常会存在加大和重复选型系数现象, 致使水泵负载较低, 大马拉小车的情况, 经常使水泵长期处于轻载运行状态, 水泵负载的高效工作区较窄, 轻载后往往处于低效率工作区。这就造成了泵系统工作效率低, 浪费能源的现象。在对水泵这类二次方负载进行节能再制造时, 对水泵叶轮切削满足正常需要, 同时根据切削后水泵轴功率调整电机的设计, 使电动机与水泵功率合理匹配, 提高系统运行效率, 达到系统节能的目的。

2 叶轮切削原理

2.1 基本原理

叶轮切削是指加工处理叶轮的直径来降低传输到系统流体当中的能量。叶轮切削对于过分保守的设计或者系统负荷发生了变化所导致的泵容量偏大的情况是个非常有用的改进措施。叶轮切削降低了叶轮的端速, 并由此直接地降低了传递到系统流体介质上的能量, 并且降低了泵所产生的流量和压力, 如图1所示。离心泵相似性定律提供了在恒定的泵速度条件下叶轮尺寸及泵输出之间的理论关系:

在这里:Q=流量;H=扬程;BHP=泵电机的制动马力 (下标1=原始泵, 下标2=经过叶轮切削后的泵) ;D=直径

在实际应用当中, 由于流动的非线性导致这些关系并不是非常的精确;然而, 叶轮切削对流量、压头以及功率的基本作用仍然是有效的。例如, 叶轮直径减少2%会产生大约2%的流量下降, 4%的压头下降和6%的功率下降。对于比较小的变化而言, 相似定律可以作为一个大概的判断, 叶轮切削的最终结果取决于系统曲线和泵性能的变化。

2.2 叶轮切削的优点

降低叶轮尺寸的主要好处是降低运行及维护保养成本。通过旁通管线和节流阀所浪费的能量以及通过系统噪音和振动所扩散的能量都会变得更少。叶轮切削的节能量基本上与直径降低的立方成正比。因为电机和水泵都存在一个效率问题, 所以电机实际消耗的功率会高于流体功率。

除了节能之外, 叶轮切削还可以降低管道系统、阀门及管道系统支架的磨损。流体流动产生的管道系统振动会导致管道焊接部位和机械接头疲劳。随着使用时间的推移, 焊缝和接头会出现裂纹和松动, 导致系统泄漏进而不得不进行停工检修。

从设计的观点, 过大的流体能量也不是所期望的。管道支架的间隔设定和选型通常情况下根据其能够承受的管道及流体的静负载、来自系统内部的压力负载, 以及温度变化所造成的热膨胀 (在热动力应用场合) 来进行的。过大流体能量所产生的振动负载设计时并没有考虑在内, 所以会导致系统泄漏、停工检修及额外维护保养。

2.3 叶轮切削的使用范围

当系统存在下面列出的现象时, 可考虑采用叶轮切削的方法:

系统的大多数旁通阀打开, 表明系统设备内的流量过大;系统需要过分节流来控制流到系统或工艺的流量;存在高噪音或者振动等级表明流量过大。

泵远离其设计点运行与从制造商买一个更小的叶轮相比, 切削的效果要稍差一些。但是, 在许多情况下, 制造商可以提供的更小尺寸规格叶轮对系统负载来说太小, 有时制造商甚至没有更小型的叶轮可以提供。在这种情况下, 叶轮切削可能是比更换整个泵/电机更实用的方法。

3 再制造电机匹配技术

叶轮切削改变了泵轴功率, 如果电机仍用原来的话, 电机处于轻载状态, 电机效率较低, , 我们根据实际需要流量扬程, 切削水泵叶轮直径, 电机轴功率按照叶轮三次方下降, 为使得配套电机处于高效区。我们将原配套电机额定功率再制造降功率设计为适应负载特性的高效运行的高效电机。

电机高效再制造, 就是将低效电机通过重新设计、更换零部件等方法, 再制造成高效率电机或适用于特定负载和工况的系统节能电机。

对于原水泵配套电机我们有效利用原有的定转子, 把原铁心降功率设计成切削后匹配功率的高效电机, 重新设计绕组降低定子铜耗, 重新浸漆, 提高原电机使用寿命, 改用高效风扇及新轴承。利用原来机座、端盖保证按照尺寸不变。

4 典型案例

上海闵行某化工材料有限公司的IS150-125-315离心泵拖动电机, 原来使用六安江淮生产的Y200L-4 (30kW) 电机, 电动机的额定电流是57.6A, 实际运行电流为50A, 接近满载。水泵的流量约为60L/S, 扬程30M, 现场发现实际上扬程只需要25m, 目前流量富余, 通过旁路阀释放多余流量。且水泵在长期运行后叶轮已严重锈蚀, 泵的效率降低。

我们通过切削叶轮, 由于新的小叶轮解决流量扬程过大, 同时解决了锈蚀问题, 在设计上也更符合流体力学的相关理论, 因此, 更换叶轮后泵的轴功率降低为23kW。同时我们在设计YSFE2-200L-4水泵专用电机时, 适当地调整了电机的可变损耗与不变损耗的比例, 使30kW的YSFE2-200L-4水泵专用电机在23kW附近有较高的效率, 运行功率约减小7kW。以年运行时间4000h, 年节约能耗约为7kW×4000=28000kW·h, 投入共计2万, 投资回收期1年左右。

5 结束语

刍议水泵叶轮切削节能技术应用 篇2

水泵；现状分析；技术方案；效果评价

[中图分类号]TH311[文献标识码]A [文章编号]1009-9646（2011）06-0008-02

一、现状分析

1.水泵运行存在的问题

笔者所在的水厂承担公司生产、生活用水的前端处理任务，是保证水质质量的主要和关键工序之一，包括取水、投矾反应、沉淀排泥、加压等生产工艺。投产70年代，期间电气系统进行升压、高压柜改造，部分水泵机组进行变频改造，但水泵比较落后，效率低。主要体现：

（1）水泵机组投产70年代，期间电气系统进行升压，部分水泵进行改造，但仍采用SH系列双吸卧式离心水泵，效率低。

（2）部分水泵机组出口闸门仍采用人工调节，通过抑制水泵的工作效能来调节流量和控制供水管网压力，能量省耗大。

（3）由于出口压力不能连续稳定控制，水泵启动瞬间管道承受压力大，容易造成输送管道破裂故障，导致水资源浪费严重。

2.水泵运行现状调查

（1）泵站有四台水泵机组设计供水量为11万m3/d。两用二备，实际供水量为8万m3/d，未达设计产能，通过调节阀门的开启度来实现调节流量的目的。2007年底泵站投入变频器控制系统，变频调速系统对4#泵电机进行变频控制。一般情况下，运行2#与4#泵，1#、3#作为大流量时的备用泵。

表一：2009年1-6月各机组运行平均压力表（略）

表一显示1#、2#、3#都处于压闸状态，（闸门全开压力通常为0.26~ 0.28Mpa），而查阅4#运行记录也显示并未满负荷运行，由此可见，二台同时运行的机组在枯水季节富余大量工作能力，每年从四月开始，江水水位将会逐步上涨超过泵的顶部，吸程能耗将会大大减少，而供水安全性将会大大提高。而在每年12月—次年3月枯水季节泵出口压力高于0。4Mpa，或变频调频频率低于38HZ水泵机组因超过标准吸程而出现水泵掉水现象，在涨水季节从每年4-11月，由于水位高于水泵泵顶，无论怎么压闸或降低电机转速都不会出现水泵掉水现象影响到供水安全性。

二、水泵节能方案制定

由上述现状调查和工况分析可见，通过减少和消除水泵出口闸门的调压闸时间，可提高水泵效率，进而达到节能，可实现水泵节能，特别进入涨水季节后，节能的空间将更大，针对现状，经过对工艺的分析，我们确定了以下几个方案：

（1）改变离心泵的转速，如采取变频调速，我们一泵4#已采用，虽节能效果明显，但该方法要做电气改造，成本高，要报请审核计划需较长时间，一时难以实施。

（2）调节水泵出口闸门，调节可靠，简单易行，不需增加任何调节设备，但不经济，不能满足要求。

（3）采用“三元流动理论[1]”水泵高效节能技术对叶轮进行改造切削叶轮，在不动设备基础、管路、电机的情况下，即可使改造后泵组实际运行达到能提高整个泵组效率，降低供水单耗效果。

该方法就是将离心泵叶轮外径在合理范围内进行切削，查阅资料本岗位水泵叶轮的最大切削量为10%（原叶轮直径为550MM，也就是再节削50MM还能保证其功效），切削叶轮成本低，加工费千元左右，工艺简单，且能有效节能。叶轮直径与流量、转速、功率之间的关系：Q′/Q=D2′/D2，

H′/H=（D2′/D2）2N′/N=（D2′/D2）3

经过反复比较论证，选择切削叶轮节能方案作为本次论证课题。

在机组选择上，根据以往数据为基础，考虑季节长江水位等因素，选择将2#泵叶轮进行二次切削。2#泵一次切削时叶轮直径切至526MM，二次切削至510MM。

三、节能效果评价

确定节能方案后，通过分析论证确定其可行性后，于3月3日将2#泵叶轮进行二次节削，并安装投入运行。从本日起，泵班对2#机组进行了每日数据采集记录，并与2008年同期同压比对，作了专门的节能记录。

从3月3日截至6月30日，2#机组共运行1513小时10分，与2008年同期同压比，累计节能33399kWh。

表二：2009年与2008年各项经济指标对比表

表二显示09年3月比08年3月单耗减少0.0134kWh/m3，5月因1#机组参与运行超过08年5月0.0032kWh/m3,6月减少0.0041kWh/m3。

切削叶轮后电机电流降低1-3A，节约电能每天W=（1-3）10€?4=（415.68- 1247.04）kWh

全年平均节电：300*（415.68- 1247.04） = 124704~374112kWh

按0.58元/kWh计算,切削后年创效

（124704~374112）kWh€?.58元/kWh=（7.2 - 21.6）万元其节能效果非常明显。

四、结束语

通过对水厂水泵的现状进行分析，提出叶轮进行二次切削技术改造的方案，并对产生的效果进行分析。与泵类等设备采用变频调速技术实现节能相比投资小，见效快，可以在条件不具备的泵站应用，直接和间接经济效益十分明显。当然，每一项技术改造的实施要与现场设备、工艺相结合，需要进行大量深入细致考察研究、试验，以确保技术改造达到预期效果。

[1]刘殿魁.射流-尾迹三元流动理论及其应用[M].西安交通大学出版社,2010.7.

[2]江汉大学测量与控制技术研究所,自来水投矾人工神经网络自动控制系统,2010.11.

[3]北京利德华福电气技术有限公司,高压变频调速系统HARSVERT-A系列技术手册，2007.10.

叶轮切削 篇3

南阳石蜡精细化工厂供排水车间5#泵站,主要是把一联合糠醛装置、油品调和装置的工业废水汇集起来,然后通过提升泵打到污水处理场进行处理,确保水质达标排放及中水回用。该泵站安装有2台4LP-7型立式离心排水泵,在运行中经常出现故障,造成工业废水不能及时输送,给污水正常处理带来了较大影响。

二、故障分析

(一)4 LP-7型泵的特点及性能参数

该泵是北京水泵厂生产的立式离心排水泵。这种泵占地面积小、使用方便,泵的叶轮浸没在被抽液体中,启动无需灌水,适用于抽送温度低于60℃、悬浮物(不含纤维、非磨粒)含量小于150mg/l的污水或废水。

泵的额定流量Q为80m3/h,扬程H为23.5m。

(二)故障原因查找

该4LP-7型泵运行中出现频繁跳闸,为解决生产中的实际问题,我们进行现场调查、研究对策。经盘车检查,泵转动灵活并无卡阻现象,初步判断泵没有故障;用手触摸电机,电机温度高;再测试电机运行电流,按照泵的轴功率计算,电流不超;进一步调查原因得知,电机使用年限长,电机保护电流是按照其他泵站同类型的泵设置的,泵与电机不相匹配,泵负荷大,电机功率偏小,出现了“小马拉大车”现象,运行中电流过大,超过其额定值,导致电机温度高,引起频繁跳闸。

(三)电机功率确定

通过现场实测,三次测得电流值分别为I1=19.2A,I2=19.6A,I3=19.5A,cos∮=0.88。

根据泵的输出功率公式

式中:P——输出功率,k W;U——电压,V;I——电流,A;cos∮——功率因数。

由公式(1)计算得I1、I2、I3对应的P1、P2、P3,即:

取其平均值作为电机功率,为便于计算取11k W。

三、故障解决途径

在生产实践中,离心泵的流量是由泵的工作点来决定的,所以改变泵的流量,必须改变工作点(见图1)。泵的Q-H曲线和管路的Q-Hc曲线,两曲线有一个交点M,这个M点所对应的Q和H值就是泵运转的流量和扬程,故M点就是泵的工作点,即改变工作点就是如何改变Q-H线与Q-Hc线的交点来调节泵的流量。离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的,因此,改变任何一个特性曲线都可以达到流量调节的目的。

(一)改变管路特线曲线

管路特线曲线是指在管路情况一定,即管路进出口液流压力、输液高度、管路长度及管径数目及尺寸,以及阀门开度等都已定的情况下,单位质量液流经该管路时需要外界给予的能头Hc与单位时间流经管路的液体量Q之间的关系曲线。

根据实际情况,只能使调节管路上阀门的开度调小,因为管线一旦安装后,除阀门开度大小外,其余管路条件是固定的。通过这种调节虽然方便、简单,但是管路阻力加大,需要多消耗一部分能量来克服这个附加阻力,造成节流损失,效率较低,泵负荷降低不很明显,跳闸故障不能得到根本解决。且通过泵出口阀进行节流,泵出口液体回流过大,造成泵整体产生振动,同时造成水泵出口流量无法满足工艺要求,这必然造成污水不能及时输送,造成冒池,势必造成环境污染。因此,此方法不能运用。

(二)改变离心泵的特性曲线

1. 改变叶轮数目。

此种情况只能适用于多级泵。该处泵是单级泵,此方法也是不能采用的。

2. 改变泵的转速。

泵的比例定律为:Q/Q1=n/n1,H/H1=(n/n1)2,N/N1=(n/n1)3,其中H、Q、N、n分别为泵实际的扬程、流量、轴功率、转速,Q1、H1、N1、n1为改变后对应的扬程、流量、轴功率、转速。根据泵的比例定律知,通过改变转速能够降低负荷,这就要求配备变速装置。根据实际情况,如果配备变速装置,不如买台新电机节省成本,此方法不经济。

3. 改变叶轮的几何参数。

从解决设备故障本身分析,改变叶轮的几何参数来调节流量的方法中,最常用的方法是切削叶轮的外径。当叶轮的外径经切削变小后,泵的Q-H曲线将向下移动,而此时管路特性不变,故泵的工作点变动,流量变小,而流量变小后必然造成机泵的负荷减小。因此,采用叶轮切削的方案来解决该泵运行故障是可行的。

四、切削叶轮方案的实施

(一)现场工况需求

通过对该泵站的现场工况分析,明确了该泵改造后需要达到的三个技术要求:(1)扬程:要保证切削后的水泵能够把一联合糠醛装置、油品调和装置的工业废水及时提升到污水处理场进行处理,而且留有合理的富裕扬程,根据测量出的高差,考虑管道阻力,估算出改造后的水泵扬程的范围应在10~21m之间;(2)流量:考虑到生产周期的波动和水泵的额定流量,切削后流量应控制在60~70m3/h的范围内;(3)电机功率:考虑到现场电机实测功率,切削后功率应控制在11k W之内。

(二)切削叶轮的计算

离心泵的切削定律为:

式中:Q、Q1——叶轮切削前、后泵的体积流量,m3/h;

D、D1——叶轮切削前、后的外径,mm;

H、H1——叶轮切削前、后泵的扬程,m;

N、N1——叶轮切削前、后泵的轴功率,k W。

在设备检修中测得叶轮外径为298mm,即D=298。由N=18.5,N1=11,根据切削定律N/N1=(D/D1)3得出:D1=251;

已知Q=80,由Q/Q1=D/D1得出:Q1=67.4;

已知H=23.5,由H/H1=(D/D1)2得出:H1=19.8。

即切削后的流量、扬程、功率分别为67.4m3/h、19.8m、11kw。

从切削要求分析:一般切削量每增加3%,水泵效率降低1%,最大切削量不得超过20%,该泵的切削量为:(298-251)/298×100%=15.77%,满足切削要求。

从实际流量和要求分析:5#泵站实际所需扬程H在10~21m,流量Q在60~70m3/h范围内,满足工艺要求。

(三)实施效果

2008年我们先后对2台4LP-7型立式离心排水泵实施了切削叶轮技术改造,并根据改造后的实际情况重新调整了电机保护值,目前再没有出现电机过负荷引起的频繁跳闸现象,消除了电机长期超负荷运行带来的安全隐患,避免了因水泵机组跳闸导致污水不能及时输送造成的环境事故,保证了污水处理系统的正常运行。

五、结语

通过该泵的改造实践,用切削叶轮法较好地解决了4LP-7型提升泵的运行故障,满足了现场实际的工艺要求。这表明切削叶轮法是改变水泵工况点的一种有效途径,采用切削叶轮的办法,可解决一些水泵扬程偏大与电机、管网匹配不合理的问题,且简单易行、费用较低,可以减少更换新电机或新泵,省时、省力、省电,节约成本,具有较大的推广应用价值。

参考文献

[1]王永康.化工机器[M].北京:化学工业出版社,1993.

[2]王志魁.化工原理[M].北京:化学工业出版社,1987.