離心泵改造方案3

遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2006年6月一、離心泵效率低下的原因及其改造方案通過對煉油廠的現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的離心泵的運(yùn)行工況都偏離里離心泵的設(shè)計工況，由于離心泵設(shè)計流量大于需要的流量，因此多采用降低管路閥門開度的方法來降低離心泵的流量，使得操作流量盡量接近管路上其他設(shè)備的設(shè)計要求流量。但是由于管路上閥門開度的減小必然使流體在管路閥門附近損失的能量加大，這樣也必然會使離心泵的工作點(diǎn)偏離設(shè)計工作點(diǎn)，從而降低了離心泵是使用效率。無論是從保證企業(yè)的安全生產(chǎn)和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，還是從節(jié)省電能的角度考慮，都需要對此進(jìn)行技術(shù)改造。通過改造使離心泵改造后的設(shè)計工況盡量接近操作工況，這樣就會使離心泵的使用效率有很大的提高，不但提高了離心泵運(yùn)行的安全性，也會使離心泵的拖動電機(jī)節(jié)約大量的電能。通過對原有的葉輪進(jìn)行全新結(jié)構(gòu)設(shè)計或者通過切削葉輪的方法改變?nèi)~輪直徑，從而可以改變離心泵性能曲線，在不改變和更換其它零部件的同時可以達(dá)到提高離心泵使用效率和節(jié)能的目的。根據(jù)相似原理，如果對離心泵葉輪外徑進(jìn)行少量切削，切削前后葉片的出口角和通流面積基本不變，因此通過切削葉輪的方法來改變離心泵的參數(shù)是最方便、最直接的方法。二、離心泵葉輪切削的理論依據(jù)1、切割定律當(dāng)葉輪切割量較小時，可以認(rèn)為切割前后葉片的出口角和通流面積基本不變，泵效率近似相等。這樣切削后葉輪出口速度三角形與切割前的速度三角形近于相似。如果帶撇表示切割后的參數(shù)，則切割前后流量關(guān)系為：QD'b't'c打'TOC\o"1-5"\h\z— 2 2 2 2rv—J, VQDbtc耳2 2 2 2rv因 D't'b'沁Dbt；耳'uq2 2 2 222vv

故揚(yáng)程間的關(guān)系為Q'2r故揚(yáng)程間的關(guān)系為Q'2rQ c2rD'n' Dc —cDnD22H'u'c打'(D'丫 — 222 —— 2HycnID丿2222功率間的關(guān)系為：Np'Q'H' (D'YNpQHID丿2以上三式為切割定律表達(dá)式，它表明用減少葉輪外徑D2的方法可在泵轉(zhuǎn)速不變的情況下使性能曲線下降。Q—Q'Q—Q'—k=二常數(shù) H—H—k—常數(shù)DD'QD2D'2 H2222將上兩式合并，消去D2得;??——h-k-常數(shù)Q2 k2Q上式說明葉輪切割前后的揚(yáng)程和流量的比例關(guān)系是不變的，即H=kQ2式中k――是隨工況而異的常數(shù)。三、具體的分析和計算燕山石化公司某煉油廠一蒸餾裝置減壓塔底泵417/1.2型號為200X150RIIDM，1、基本數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)：減低油20°C時密度p=951.9kg/m3;查得T=375°C時p=764kg/m3;設(shè)計流量Q=300m3/h;設(shè)計揚(yáng)程h=300m;實(shí)際操作流量56.5t/h左右，即Q=(56.5X1000)/764=73.95m3/h=1.23m3/min；根據(jù)性能曲線查得此時揚(yáng)程為h=347m；離心泵出口壓力為PB=2.6MPa，B可計算出離心泵入口壓力為PA=0.017MPa；電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=2980r/min;電動機(jī)額定功率N=320KW;P-p靜壓頭H=(H+H)+ta；pot A B pgHA和HB分別為吸液罐和排液灌液面至泵軸中心線的距離，其大小分別為HA=－12m和HB=－10m;ABPA和PB分別為吸液灌和排液灌也液面上的壓力，壓力差為0.36MPa;可計算得Hpot=26m;該離心泵為兩級泵，第一級為雙吸葉輪，直徑D]=321mm；第二級為單吸葉輪，直徑D2=389mm。2、管路特性的近似計算根據(jù)伯努利方程，離心泵串聯(lián)到管路中輸送液體時所需能頭大小為：其中工+g(H其中工+g(HpA+H)+hB Oc2J/kg)入一一沿程阻力系數(shù)；g——局部阻力系數(shù)；l管路長度，m；d管路直徑，m；c 管路內(nèi)流體流速，c=Q/f，m/s；f一一管路橫截面積，m2；Q 管路中液體流量，m3/s；上式可寫成：若令 k=2f2 d貝U h二kQ2式中k 管路特性系數(shù)，它與管路長度1、管路橫截面積f、各種阻力系數(shù)入、g等有關(guān)。對于該泵，已經(jīng)知道該離心泵在節(jié)流狀態(tài)下工作，其管路節(jié)流閥門開度為38％，此工作點(diǎn)對應(yīng)的流量為Q=1.23m3/min，經(jīng)過測量可以知道當(dāng)管路調(diào)節(jié)閥門全開時流量大于4m3/min,因此可以假設(shè)流量為4m3/min時為調(diào)節(jié)閥門全開時的最大流量，因此可以在離心泵性能曲線上查得A、B兩個點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，A點(diǎn)流量為QA=1.23m3/min,揚(yáng)程為hA=347m;B點(diǎn)流量QB=4m3/min，揚(yáng)程為hB=320m。根據(jù)A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)可以確定出兩條管路特性曲線，I和II分別代表操作工況線的管路特性曲線和假設(shè)的阻力損失最小時（即管路調(diào)節(jié)閥已知兩條曲線與離心泵性能曲線交點(diǎn)處的坐標(biāo)，因此，可以確定曲線I和曲線II的方程分別為：H=kQ2+H和H=kQ2+HI1potII2pot中的$和k2的值；經(jīng)過計算得：k1=212.4,k2=18.34因此上述兩個方程可以寫成：H]=212.4XQ2+26 和 H2=18.34XQ2+263、兩級葉輪揚(yáng)程的關(guān)系及性能曲線每一級的葉輪揚(yáng)程為：H二耳HhTH=KHT T81—uc22ugc二u—c ctgB2ug 2 2rg 2AQc — T 2rg 兀DbT222門 z§兀D— 22sin卩T= 2A2 兀D2u=兀Dn22K- 11+p2屮 R2p=2 2zR2—R221屮=0?6(L+sinp)2式中：nh 水利效率；k 環(huán)流系數(shù)；屮 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；t2——葉片的阻塞系數(shù)；Z——葉輪葉片數(shù)；R2——葉輪出口半徑，mm；R1——葉輪出口半徑，mm；p2——葉輪出口處葉片角，°；Ht——理論

揚(yáng)程，m； 理論最大揚(yáng)程，m；Qt 不計漏損時的理論流量，m3/s；b2——葉輪出口處的寬度，mm；62——葉輪出口處的葉片厚度，mm；D2 葉輪外徑，mm。因此，一級葉輪與二級葉輪揚(yáng)程的比例關(guān)系如下：H耳uc=——h 2_—H'葉'u'c'h2 2uw近似可以認(rèn)為：n=n'；因此代入數(shù)據(jù)可以計算出每一流量對應(yīng)hh的一級和二級葉輪揚(yáng)程的比例關(guān)系。再根據(jù)原有的性能曲線可以做出兩級圖2一級葉輪和二級葉輪的性能曲線4、離心泵的比轉(zhuǎn)速和最大切削量比轉(zhuǎn)速計算公式：=3.65=3.65n-QH3/4n 為泵的額定轉(zhuǎn)速(r/min)；Q——泵的額定流量(m3/s)，對于雙吸式泵應(yīng)取Q/2；

H——泵的額定揚(yáng)程（m）,對于多級泵應(yīng)取H/I（i——級數(shù)）由于該離心泵為兩級泵，且第一級葉輪是雙吸葉輪，計算比轉(zhuǎn)速時流量取Q/2,揚(yáng)程取H/2,所以有：i00932980x;一=56.13=3.65=56.133/4根據(jù)有關(guān)資料查得ns<60時最大切削比例為20％。

（1）、一級葉輪不變、二級葉輪切削20％

若考慮到一級葉輪直徑較小,切削后對流體流動產(chǎn)生影響較大等因

素,一級葉輪暫不進(jìn)行切削,僅將二級葉輪切削20％。切削后的離心泵D-D'2 2x100%=20%DD2=311mm此時當(dāng)管路閥門全開時流體的體積流量Q不小于3.5m3/min,即210t/h的減底油，在操作工況下，即Q等于1.23m3/min時對應(yīng)的揚(yáng)程為：h'=269.7m，因此可以計算出二級葉輪切削20%后比原來節(jié)約能頭為:(h-h(h-h')=9.8X(347-269.7)=9.8X77.3=757.54(J/kg)節(jié)約的功率為:AN=100Q=11.86(kW)AH=g（2）、對一、二葉輪均切削20%計算如下:D-D-D'一——lx100%=20%D1D-D'2 —x100%=20%D2得 D1'=256.8mm；D2'=311.2mm；根據(jù)切割定律和比例關(guān)系可以確定出切削后的離心泵新的性能曲線離心泵葉輪切削后的性能曲線如圖4所示:圖4、二級葉輪均切削圖4、二級葉輪均切削20%后的性能曲線切削后的離心泵最大可以提供不小于3.1m3/min的流體，即142.1t/h的減底油，在操作工況下，即Q等于1.23m3/min時對應(yīng)的揚(yáng)程為：h'=220.8m。一、二級葉輪都切削后，保證流體流量不變的情況下降低了能頭，減少了流體在截流閥門處的能量損失，節(jié)約的能頭為：AH=Ahg=(h-h)x9.8=1217.16(J/kg)AB節(jié)約的功率為：…AHpQAN二10莎二194E5、推薦切削量及切削方法、根據(jù)圖2所示，若操作流量保持在1.23m3/min(56.5t/h)左右，最大流量不超過2.42m3/min(111t/h)時，可以將二級葉輪卸掉，只用一級葉輪工作也可以滿足工況要求，此時揚(yáng)程可以保持在137.7m左右，最大流量為2.42m3/min時揚(yáng)程也可以達(dá)到135.2m。、對于最大流量要求超過2.42m3/min的情況或不拆卸二級葉輪的情況，應(yīng)該采取對葉輪進(jìn)行切削的方法，對該泵的葉輪切削時采用由外逐內(nèi)逐步切削的切削方法，不保留葉輪的前后蓋板，首先對二級單吸葉輪切削20%，切削后葉輪直徑圓整值為D2=311mm，由于一級葉輪為雙吸葉輪，直徑較小，切削后對葉輪出口和蝸殼內(nèi)流體的運(yùn)動狀態(tài)影響較大，因此首先不對其進(jìn)行切削或者切削量控制在10%左右，若切削10%則葉輪直徑的圓整值為D1=289mm，然后進(jìn)行離心泵的運(yùn)行分析，如果還有切削的潛力，可以對一級葉輪進(jìn)一步適當(dāng)切削，最高不超過20%，這種逐步切