离心泵改造实践的体会.docx

离心泵改造实践的体会.docx

《离心泵改造实践的体会.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离心泵改造实践的体会.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

离心泵改造实践的体会

离心泵改造实践的体会

离心泵的工作原理

　　离心泵的工作原理是：

离心泵所以能把水送出去是由于离心力的作用。

水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水行成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。

水原的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。

这样循环不已，就可以实现连续抽水。

在此值得一提的是：

离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则将造成泵体发热，震动，出水量减少，对水泵造成损坏（简称“气蚀”）造成设备事故！

　　离心泵的种类很多，分类方法常见的有以下几种方式1按叶轮吸入方式分：

单吸式离心泵双吸式离心泵。

2按叶轮数目分：

单级离心泵多级离心泵。

3按叶轮结构分：

敞开式叶轮离心泵半开式叶轮离心泵封闭式叶轮离心泵。

4按工作压力分：

低压离心泵中压离心泵高压离心泵。

5按泵轴位置分：

卧式离心泵边立式离心泵。

下面介绍离心泵的几条重要的性能曲线。

　　水泵的性能参数如流量Q扬程H轴功率N转速n效率η之间存在的一定的关系。

他们之间的量值变化关系用曲线来表示，这种曲线就称为水泵的性能曲线。

　　水泵的性能参数之间的相互变化关系及相互制约性：

首先以该水泵的额顶转速为先决条件的。

　　水泵性能曲线主要有三条曲线：

流量—扬程曲线，流量—功率曲线，流量—效率曲线。

　　A、流量—扬程特性曲线

　　它是离心泵的基本的性能曲线。

比转速小于80的离心泵具有上升和下降的特点（既中间凸起，两边下弯），称驼峰性能曲线。

比转速在80～150之间的离心泵具有平坦的性能曲线。

比转数在150以上的离心泵具有陡降性能曲线。

一般的说，当流量小时，扬程就高，随着流量的增加扬程就逐渐下降。

　　B、流量—功率曲线

　　轴功率是随着流量而增加的，当流量Q=0时，相应的轴功率并不等于零，而为一定值（约正常运行的60%左右）。

这个功率主要消耗于机械损失上。

此时水泵里是充满水的，如果长时间的运行，会导致泵内温度不断升高，泵壳，轴承会发热，严重时可能使泵体热力变形，我们称为“闷水头”，此时扬程为最大值，当出水阀逐渐打开时，流量就会逐渐增加，轴功率亦缓慢的增加。

　　C、流量—效率曲线

　　它的曲线象山头形状，当流量为零时，效率也等于零，随着流量的增大，效率也逐渐的增加，但增加到一定数值之后效率就下降了，效率有一个最高值，在最高效率点附近，效率都比较高，这个区域称为高效率区。

1、前言

离心泵在抽送液体的过程中，须要消耗一定的能量。

在离心泵的实际使用过程中，常常由于各种原因，部分离心泵实际运行工况点偏离高效区，造成离心泵能耗过高和运行状态不理想的情况。

为改善这一现象，需对离心泵进行必要的技术改造，在满足供水系统需要的水量、扬程的前提下，进一步提高离心泵的运行效率。

2、水泵改造课题的提出

惠州市自来水总公司某水厂吸水泵站设计取水规模为60万m3/d，首期建成20万m3/d，吸水泵站取水设备是两台44SAP—14型离心清水泵，其铭牌参数为Q=9000m3/h，H=28.5m，n=425r/min，η=88%,比转速为140r/min，叶轮直径ф=1110mm。

两台水泵在运行3000小时后，水泵叶轮有较明显的汽蚀破坏现象，泵体振动加剧，轴承出现不正常温升。

水泵运行效果不理想主要是由于水泵的选型是以远期60万m3/d为依据，故所选扬程高于首期实际所需扬程，因而导致水泵运行工况点偏离高效区，处于低扬程、低效率和汽蚀性能差的区域运行。

2002年6月6日，该泵实际运行工况点（Q、H）为（11800，18）（图一中的Z点），运行效率仅为η,=75%左右。

为解决上述问题，2002年7月，惠州市自来水总公司决定对其进行准对性的改造。

3、离心泵改造方案的确定及改造效果

方案一：

更换新泵是最彻底的解决办法。

新泵可选取44SAP—25型离心泵，该泵设计参数为：

Q=10800m3/h，H=20m，n=425r/min，η=90%。

虽然换该泵时电机可使用原有水泵电机，但由于该方案代价较高，且耗时费力，不可避免的影响到水厂生产，故不采用。

方案二：

当水泵扬程过高时，切削叶轮外径是一种调整水泵性能、降低水泵功率消耗的简便易行的方法。

考虑该厂的首期供水规模及两个泵站的机组匹配情况，经叶轮切削后水泵宜在QB=9700m3/h，HB=18m工况点工作，即图二的B点处。

通过B点作切削抛物线H‘=K（Q‘）2，与原水泵特性曲线Q-H相交于A点。

A点处即为满足切削律要求的B点的对应工况点：

QA=10900m3/h，HA=22.7m。

叶轮经过切削后，其性能参数Q，H的变化与切削后的轮径D存在以下关系：

QB/QA=DB/DA，HB/HA=（DB/DA）2其中DA为原叶轮直径，DB为切削后的叶轮直径。

将A、B两个工况点代入上式，得DB/DA=89%，即原叶轮的切削量为11%，临界于比转速为140r/min的叶轮最大允许切削量14%。

此外，根据切削定律，在切削限度内，切削抛物线H‘=K（Q’）2又称等效率线，即在该曲线上的A、B两点的相应效率可视为相等。

由于A点工况点效率为81%，处于水泵特性Q-H曲线的低效率区，叶轮切削后的B点的运行效率也将处于低效率运行区（见图一特性曲线）。

本方案对水泵运行效率提高不多，故也不采用。

方案三：

采用非标叶轮法对水泵叶轮进行改造，即设计制造非标准叶轮并装配在原有的泵体上运行，以达到有效改变水泵性能参数的目的。

根据这一思路，能过对44SAP—25型水泵的叶轮进行切削及参数整合，使之符合44SAP—14型水泵的要求。

同时把原有水泵的比转速由140r/min提高到250r/min，以使改造后的水泵达到降低扬程、提高运行效率的效果。

2002年11月，按此方案对其中一台水泵进行了改造。

改造后的44SAP—14/25型水泵运行工况点QD=9700m3/h，HD=18m（图中D点）处于水泵运行高效区，运行效率在88%左右。

（其水泵特性曲线如图三）

44SAP—14型水泵经过非标叶轮改造后，水泵运行中的振动显著减轻，噪声降低，汽蚀现象得到很好的改善。

原水泵配套电机的运行电流也由原65.5A降至59.5A，使吸水泵站电耗有了大幅的下降。

以每天取水量20万吨计算,改造后每天节约电量9.6×200=1920度,半年可节约电量达35万度。

水泵改造前后能耗对比如下：

4、结论

在不适宜更换新泵和进行叶轮切削的情况下，采用非标叶轮法对离心泵进行改造，可以达到如下效果：

（1）额定参数可按实际需求重新确定，受原水泵参数的限制更小；

（2）改造后新泵运行参数能更加符合生产需求，水泵运行效率可以适当提高，改造后节能效果显著；

（3）可以有针对性的改善水泵的某些特定性能。

重视节能的细节设计（延长离心泵使用寿命的方法）

离心泵广泛地应用于石油化工，煤化工等化学工业中，输送不同性质的液体，提供化学反应所需要的压力，流量。

离心泵的种类繁多，根据输送介质性质的不同可分为酸泵，碱泵，清水泵，泥浆泵等。

输送介质的工作温度和工作压力不同，因此，有效延长离心泵的使用周期，减少维修量，对提高工厂的经济效益有很大的作用。

1、离心泵的选择及安装

离心泵应该按照所输送的液体进行选择，并校核需要的性能，分析抽吸，排出条件，是间歇运行还是连续运行等。

离心泵通常应在或接近制造厂家设计规定的压力和流量条件下运行。

泵安装时应进行以下复查：

①基础的尺寸，位置，标高应符合设计要求，地脚螺栓必须恰当和正确地固定在混凝土地基中，机器不应有缺件，损坏或锈蚀等情况；

②根据泵所输送介质的特性，必要时应该核对主要零件，轴密封件和垫片的材质；

③泵的找平，找正工作应符合设备技术文件的规定，若无规定时，应符合现行国家标准《机械设备安装工程施工及验收通用规范》的规定；

④所有与泵体连接的管道，管件的安装以及润滑油管道的清洗要求应符合相关国家标准的规定。

2、离心泵的使用

泵的试运转应符合下列要求：

①驱动机的转向应与泵的转向相同；

②查明管道泵和共轴泵的转向；

③各固定连接部位应无松动，各润滑部位加注润滑剂的规格和数量应符合设备技术文件的规定；

④有预润滑要求的部位应按规定进行预润滑；

⑤各指示仪表，安全保护装置均应灵敏，准确，可靠；

⑥盘车应灵活，无异常现象；

⑦高温泵在试运转前应进行泵体预热，温度应均匀上升，每小时温升不应大于500℃；泵体表面与有工作介质进口的工艺管道的温差不应大于4090；

⑧设置消除温升影响的连接装置，设置旁路连接装置提供冷却水源。

离心泵操作时应注意以下几点：

①禁止无水运行，不要调节吸人口来降低排量，禁止在过低的流量下运行；

②监控运行过程，彻底阻止填料箱泄漏，更换填料箱时要用新填料；

③确保机械密封有充分冲洗的水流，水冷轴承禁止使用过量水流；

④润滑剂不要使用过多；

⑤按推荐的周期进行检查。

建立运行记录，包括运行小时数，填料的调整和更换，添加润滑剂及其他维护措施和时间。

对离心泵抽吸和排放压力，流量，输人功率，洗液和轴承的温度以及振动情况都应该定期测量记录。

3、离心泵的维护

3.1离心泵机械密封失效的分析

离心泵停机主要是由机械密封的失效造成的。

失效的表现大都是泄漏，泄漏原因有以下几种：

①动静环密封面的泄漏，原因主要有：

端面平面度，粗糙度未达到要求，或表面有划伤；端面间有颗粒物质，造成两端面不能同样运行；安装不到位，方式不正确。

②补偿环密封圈泄漏，原因主要有：

压盖变形，预紧力不均匀；安装不正确；密封圈质量不符合标准；密封圈选型不对。

实际使用效果表明，密封元件失效最多的部位是动，静环的端面，离心泵机封动，静环端面出现龟裂是常见的失效现象，主要原因有：

①安装时密封面间隙过大，冲洗液来不及带走摩擦副产生的热量；冲洗液从密封面间隙中漏走，造成端面过热而损坏。

②液体介质汽化膨胀，使两端面受汽化膨胀力而分开，当两密封面用力贴合时，破坏润滑膜从而造成端面表面过热。

③液体介质润滑性较差，加之操作压力过载，两密封面跟踪转动不同步。

例如高转速泵转速为20445r/min，密封面中心直径为7cm，泵运转后其线速度高达75m/s，当有一个密封面滞后不能跟踪旋转，瞬时高温造成密封面损坏。

④密封冲洗液孔板或过滤网堵塞，造成水量不足，使机封失效。

另外，密封面表面滑沟，端面贴合时出现缺口导致密封元件失效，主要原因有：

①液体介质不清洁，有微小质硬的颗粒，以很高的速度滑人密封面，将端面表面划伤而失效。

②机泵传动件同轴度差，泵开启后每转一周端面被晃动摩擦一次，动环运行轨迹不同心，造成端面汽化，过热磨损。

③液体介质水力特性的频繁发生引起泵组振动，造成密封面错位而失效。

液体介质对密封元件的腐蚀，应力集中，软硬材料配合，冲蚀，辅助密封0形环，V形环，凹形环与液体介质不相容，变形等都会造成机械密封表面损坏失效，所以对其损坏形式要综合分析，找出根本原因，保证机械密封长时间运行。

3.2离心泵停止运转后的要求

①离心泵停止运转后应关闭泵的人口阀门，待泵冷却后再依次关闭附属系统的阀门。

②高温泵停车应按设备技术文件的规定执行，停车后应每偏20一30min盘车半圈，直到泵体温度降至50℃为止。

③低温泵停车时，当无特殊要求时，泵内应经常充满液体；吸入阀和排出阀应保持常开状态；采用双端面机械密封的低温泵，液位控制器和泵密封腔内的密封液应保持泵的灌浆压力。

④输送易结晶，易凝固，易沉淀等介质的泵，停泵后应防止堵塞，并及时用清水或其他介质冲洗泵和管道。

⑤排出泵内积存的液体，防止锈蚀和冻裂。

3.3离心泵的保管

①尚未安装好的泵在未上漆的表面应涂覆一层合适的防锈剂，用油润滑的轴承应该注满适当的油液，用脂润滑的轴承应该仅填充一种润滑脂，不要使用混合润滑脂。

②短时间泵人干净液体，冲洗，抽吸管线，排放管线，泵壳和叶轮，并排净泵壳，抽吸管线和排放管线中的冲洗液。

③排净轴承箱的油，再加注干净的油，彻底清洗油脂并再填充新油脂。

④把吸人口和排放口封起来，把泵贮存在干净，干燥的地方，保护电机绕组免受潮湿，用防锈液和防蚀液喷射泵壳内部。

⑤泵轴每月转动一次以免冻结，并润滑轴承。

水泵变频调速应用的注意事项

近几年变频调速在供水系统发展很快，但在实际应用中仍然存在着较大的盲目性，导致节能效果不尽人意。

本文针对变频调速在水泵节能方面谈一些浅显的看法，以供商酌。

1变频调速与水泵节能

　　水泵节能离不开工况点的合理调节。

其调节方式不外乎以下两种：

管路特性曲线的调节，如关阀调节；水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。

在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多[1]。

因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。

而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。

但同时应该引起注意的是，影响变频调速节能效果的因素很多，如果盲目选用，很可能事与愿违。

2影响变频调速范围的因素

　　水泵调速一般是减速问题。

当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。

超范围调速则难以实现节能的目的。

因此，变频调速不可能无限制调速。

一般认为，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于75％～100％，并应结合实际经计算确定。

2.1水泵工艺特点对调速范围的影响

　　理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2（见图1）。

实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩为PA1A2[2]（显然，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。

）图中H0B为管路特性曲线，则CB段成为调速运行的高效区间。

为简化计算，认为C点位于曲线OA1上，因此，C点和A1点的效率在理论上是相等的。

C点就成为最小转速时水泵性能曲线高效区的左端点。

　　因此，最小转速可这样求得：

　　由于C点和A1点工况相似，根据比例律有：

　　　　（QC/Q1）2=HC/H1

　　C点在曲线H=H0+S·Q2上有：

　　　　HC=H0+S·QC2

　　其中，HC、QC为未知数，解方程得：

　　　　HC=H1×H0/（H1-S·Q12）

　　　　QC=Q1×[H0/（H1-S·Q12）]1/2

　　根据比例律有：

　　　　nmin=n0×[H0/（H1-S·Q12）]1/2

2.2定速泵对调速范围的影响

　　实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。

由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。

在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。

此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响[2]。

主要分以下两种情况：

2.2.1同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。

2.2.2不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。

则可实现最大范围的调速运行。

但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

2.3电机效率对调速范围的影响

　　在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。

而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。

3管路特性曲线对调速节能效果的影响

　　虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式，但是在不同的管路特性曲线中，调速节能效果的差别却是十分明显的。

为了直观起见，这里采用图2说明。

在设计工况相同的3个供水系统里（即最大设计工况点均为A点，均需把流量调为QB），水泵型号相同，但管路特性曲线却不相同，分别为：

　　①H=H1+S1·Q2（H0=H1）

　　②H=H2+S2·Q2（H0=H2，H1＞H2）

　　③H=S3·Q2（H0=H3=0）

　　很显然，若采用关阀调节，则3个系统满足流量QB的工况点均为B点，对应的轴功率为NB；若采用调速运行，则3个系统满足流量QB的工况点分别为C，D，E点，其对应的运行转速分别为n1，n2，n3，相应的轴功率分别为NC，ND，NE。

由于N∝Q·H，所以各点轴功率满足NB＞NC＞ND＞NE。

　　可见，在管路特性曲线为H=H0+S·Q2的系统中采用调速节能时，H0越小，节能效果越好。

反之，当H0大到一定程度时，受电机效率下降和调速系统本身效率的影响，采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。

4两种调速供水方式节能效果比较

　　在供水系统中，变频调速一般采用以下2种供水方式：

变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。

其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理，虽然实施难度更大，但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。

4.1变频恒压（变流量）供水

　　所谓恒压供水方式，就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，即等于设计扬程。

若采用关阀调节，当流量由Q2→Q1时，则工况点由A1变为A2，浪费扬程△H=H1-H3=△H1+△H2。

若采用变频恒压供水，则自动将转速调至n1，工况点处于B1点（参见图3）。

由于变频调速是无级变速，可以实现流量的连续调节，所以，恒压供水工况点始终处于直线H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口设定一个压力控制值，比较简单易行。

显然，恒压供水节约了△H1，而没有考虑△H2。

因此，它不是最经济的供水调节方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲线陡曲的情况下，△H2所占的比重更大，其局限性就显而易见。

4.2变频变压（交流量）供水

　　变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。

它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动（参见图3）。

当流量由Q2→Q1时，自动将转速调至n2，工况点处于B2点。

此时水泵轴功率n2小于恒压供水水泵轴功率N1。

变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。

　　但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定，它一般有2种形式：

4.2.1由流量Q确定水泵扬程

　　流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S·Q2确定水泵扬程H，通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。

　　但在生产实践中情况比较复杂。

对于单条管路输水系统，是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。

而在市政供水管网中，则很难得到一条确定的管路特性曲线。

在实践中，只能根据管网实际运行情况，通过尽时能接近实际的假设，计算出近似的管路特性曲线。

4.2.2由最不利点压力Hm确定水泵扬程

　　即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，而且，在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，给变压供水的实施带来困难。

5结论

　　①变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待

　　②变频调速适用于流量不稳定，变化频繁且幅度较大，经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。

　　③变频调速个适用于流量较稳定，工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。

　　④变频变压供水优于变频恒压供水。