定速、定流量双吸型清水泵节能改造(上传)

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1、1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

2、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

3、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

4、、 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2 1 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

5、 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 。2 2 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2是 叶 轮 )的 优 化 设 计 ， 然 后 进 行 制 造 和

6、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

7、 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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、 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。3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

13、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

14、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

15、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 21 3 ， 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

16、 方 法 。 4(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