离心泵改造方案3.docx

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离心泵改造方案3

减压塔底泵417/1.2叶轮切削方案

辽宁石油化工大学机械工程学院

2006年6月

减压塔底泵417/1.2叶轮切削方案

一、离心泵效率低下的原因及其改造方案

通过对炼油厂的现场调查发现，大多数的离心泵的运行工况都偏离里离心泵的设计工况，由于离心泵设计流量大于需要的流量，因此多采用降低管路阀门开度的方法来降低离心泵的流量，使得操作流量尽量接近管路上其他设备的设计要求流量。

但是由于管路上阀门开度的减小必然使流体在管路阀门附近损失的能量加大，这样也必然会使离心泵的工作点偏离设计工作点，从而降低了离心泵是使用效率。

无论是从保证企业的安全生产和设备的稳定运行，还是从节省电能的角度考虑，都需要对此进行技术改造。

通过改造使离心泵改造后的设计工况尽量接近操作工况，这样就会使离心泵的使用效率有很大的提高，不但提高了离心泵运行的安全性，也会使离心泵的拖动电机节约大量的电能。

通过对原有的叶轮进行全新结构设计或者通过切削叶轮的方法改变叶轮直径，从而可以改变离心泵性能曲线，在不改变和更换其它零部件的同时可以达到提高离心泵使用效率和节能的目的。

根据相似原理，如果对离心泵叶轮外径进行少量切削，切削前后叶片的出口角和通流面积基本不变，因此通过切削叶轮的方法来改变离心泵的参数是最方便、最直接的方法。

二、离心泵叶轮切削的理论依据

1、切割定律

当叶轮切割量较小时，可以认为切割前后叶片的出口角和通流面积基本不变，泵效率近似相等。

这样切削后叶轮出口速度三角形与切割前的速度三角形近于相似。

如果带撇表示切割后的参数，则切割前后流量关系为：

因

；

故

扬程间的关系为：

功率间的关系为：

以上三式为切割定律表达式，它表明用减少叶轮外径D2的方法可在泵转速不变的情况下使性能曲线下降。

2、切割抛物线

切割抛物线是同一台泵，在同一个转速下，叶轮有不同程度的切割时各切割点对应的工况点的轨迹。

其方程式为：

将上两式合并，消去D2得：

上式说明叶轮切割前后的扬程和流量的比例关系是不变的，即：

H=kQ2

式中k――是随工况而异的常数。

三、具体的分析和计算

燕山石化公司某炼油厂一蒸馏装置减压塔底泵417/1.2型号为200×150RIIDM，

1、基本数据和结构参数：

减低油20℃时密度ρ＝951.9kg/m3;查得T=375℃时ρ=764kg/m3;

设计流量Q=300m3/h;设计扬程h=300m;

实际操作流量56.5t/h左右，

即Q=（56.5×1000）/764＝73.95m3/h=1.23m3/min；

根据性能曲线查得此时扬程为h=347m；

离心泵出口压力为PB=2.6MPa，

可计算出离心泵入口压力为PA=0.017MPa；

电动机额定转速n=2980r/min;电动机额定功率N=320KW;

静压头

;

HA和HB分别为吸液罐和排液灌液面至泵轴中心线的距离，其大小分别为HA=－12m和HB=－10m;

PA和PB分别为吸液灌和排液灌也液面上的压力，压力差为0.36MPa;

可计算得Hpot=26m;

该离心泵为两级泵，第一级为双吸叶轮，直径D1＝321mm；第二级为单吸叶轮，直径D2=389mm。

2、管路特性的近似计算

根据伯努利方程，离心泵串联到管路中输送液体时所需能头大小为：

其中

（J/kg）

λ——沿程阻力系数；

ξ——局部阻力系数；

l——管路长度，m；

d——管路直径，m；

c——管路内流体流速，c=Q/f，m/s；

f——管路横截面积，m2；

Q——管路中液体流量，m3/s；

上式可写成：

若令

则

式中k——管路特性系数，它与管路长度l、管路横截面积f、各种阻力系数λ、ξ等有关。

对于该泵，已经知道该离心泵在节流状态下工作，其管路节流阀门开度为38％，此工作点对应的流量为Q=1.23m3/min，经过测量可以知道当管路调节阀门全开时流量大于4m3/min，因此可以假设流量为4m3/min时为调节阀门全开时的最大流量，因此可以在离心泵性能曲线上查得A、B两个点的坐标参数，A点流量为QA=1.23m3/min,扬程为hA=347m;B点流量QB=4m3/min，扬程为hB=320m。

根据A、B两点的坐标可以确定出两条管路特性曲线，I和II分别代表操作工况线的管路特性曲线和假设的阻力损失最小时（即管路调节阀门全开时）的管路特性曲线，如图1所示：

图1离心泵性能曲线及管路特性曲线

已知两条曲线与离心泵性能曲线交点处的坐标，因此，可以确定曲线I和曲线II的方程分别为：

和

中的k1和k2的值；

经过计算得：

k1=212.4,k2=18.34

因此上述两个方程可以写成：

H1=212.4×Q2＋26和H2=18.34×Q2+26

3、两级叶轮扬程的关系及性能曲线

每一级的叶轮扬程为：

式中：

ηh——水利效率；K——环流系数；Ψ——经验系数；τ2——叶片的阻塞系数；Z——叶轮叶片数；R2——叶轮出口半径，mm；R1——叶轮出口半径，mm；β2——叶轮出口处叶片角，°；HT——理论扬程，m；HT∞——理论最大扬程，m；QT——不计漏损时的理论流量，m3/s；b2——叶轮出口处的宽度，mm；δ2——叶轮出口处的叶片厚度，mm；D2——叶轮外径，mm。

因此，一级叶轮与二级叶轮扬程的比例关系如下：

近似可以认为：

ηh=ηh’；因此代入数据可以计算出每一流量对应的一级和二级叶轮扬程的比例关系。

再根据原有的性能曲线可以做出两级叶轮的性能曲线图，如图2所示：

图2一级叶轮和二级叶轮的性能曲线

4、离心泵的比转速和最大切削量

比转速计算公式：

n——为泵的额定转速（r/min）；

Q——泵的额定流量（m3/s），对于双吸式泵应取Q/2；

H——泵的额定扬程（m），对于多级泵应取H/I（i——级数）

由于该离心泵为两级泵，且第一级叶轮是双吸叶轮，计算比转速时流量取Q/2，扬程取H/2，所以有：

＝56.13

根据有关资料查得ns<60时最大切削比例为20％。

（1）、一级叶轮不变、二级叶轮切削20％

若考虑到一级叶轮直径较小，切削后对流体流动产生影响较大等因素，一级叶轮暂不进行切削，仅将二级叶轮切削20％。

切削后的离心泵总的性能曲线如图3所示：

图3二级叶轮切削20％后的性能曲线

切削后一级叶轮直径不变，D1=321mm；二级叶轮直径为：

D2=311mm

此时当管路阀门全开时流体的体积流量Q不小于3.5m3/min，即210t/h的减底油，在操作工况下，即Q等于1.23m3/min时对应的扬程为：

h’=269.7m，因此可以计算出二级叶轮切削20％后比原来节约能头为：

＝9.8×（347－269.7）=9.8×77.3＝757.54（J/kg）

节约的功率为：

11.86（kW）

（2）、对一、二叶轮均切削20％

计算如下：

得D1’=256.8mm；D2’=311.2mm；

根据切割定律和比例关系可以确定出切削后的离心泵新的性能曲线，离心泵叶轮切削后的性能曲线如图4所示：

图4一、二级叶轮均切削20％后的性能曲线

切削后的离心泵最大可以提供不小于3.1m3/min的流体，即142.1t/h的减底油，在操作工况下，即Q等于1.23m3/min时对应的扬程为：

h’=220.8m。

一、二级叶轮都切削后，保证流体流量不变的情况下降低了能头，减少了流体在截流阀门处的能量损失，节约的能头为：

1217.16（J/kg）

节约的功率为：

19.1（kW）

5、推荐切削量及切削方法

（1）、根据图2所示，若操作流量保持在1.23m3/min（56.5t/h）左右，最大流量不超过2.42m3/min（111t/h）时，可以将二级叶轮卸掉，只用一级叶轮工作也可以满足工况要求，此时扬程可以保持在137.7m左右，最大流量为2.42m3/min时扬程也可以达到135.2m。

（2）、对于最大流量要求超过2.42m3/min的情况或不拆卸二级叶轮的情况，应该采取对叶轮进行切削的方法，对该泵的叶轮切削时采用由外逐内逐步切削的切削方法，不保留叶轮的前后盖板，首先对二级单吸叶轮切削20％，切削后叶轮直径圆整值为D2=311mm，由于一级叶轮为双吸叶轮，直径较小，切削后对叶轮出口和蜗壳内流体的运动状态影响较大，因此首先不对其进行切削或者切削量控制在10％左右，若切削10％则叶轮直径的圆整值为D1=289mm，然后进行离心泵的运行分析，如果还有切削的潜力，可以对一级叶轮进一步适当切削，最高不超过20％，这种逐步切削的方法不但减少了叶轮切削的风险性，也便于分析切削叶轮这种节能方案的可推广性。

四、经济性分析

通过叶轮的切削可以保持原操作工况流体的体积流量不变的情况下，而降低了出口压力，使原来白白损失的压头大大的减少，这样不但可以使该设备及其串联管路的生产运行更加稳定，最重要的是减少了离心泵拖动电机的轴功率输出，从而节省了大量的电能，试想每台类似于该泵所处的偏离设计工作点的离心泵都能得到节能性和稳定性的改善，那对于工厂的效益将是一个不小的提高。