工业泵提高效能的途径及解决方案.pdf

CM能专题
】提高工业泵的效能,已成为泵行业的关键目标。将从影响工业泵以及泵机组效能的几个
因素入手,分別从设计、技术应用、制造以及应用等几方面来计论工业張提高能的途径及解决方索。
【关键词】泵机组效能水力设计高效区高速能量回收变速调整
工业家提高效能的途径及解决方案
大耐泵业有限公司(辽宁11620)王徳静
资料显示,工业企业如石油、石化和化工厂中,
泵配套电动机的功率分别占到了企业用电总量的59%
50%和26%。另据专家估计,全国泵类产品平均耗电量
约占全国总发电量的20%。显然,泵产品耗电所占的比
例要高于全国其他产品的平均值。因而,提高工业泵
的效能,已成为泵行业的关键目标。
泵的效率由泵的水力效率、容积效率和机械效率乘
积而成;泵机组效率由泵的效率、驱动机效率和传动机
构效率乘积而成。上述的各个分项效率,都会影响到泵
机組的效能。提高工业泵的效能,需要从每一种分项效
率入手,利用设计方法、新技术应用、制造过程优化、
合理选用以及资源利用等方面来提高各个分项效率,从
而提供整个工业泵机组的效能。
一、前言
ニ、如何提高泵的水力效率
工业系是工业生产装置中用量最大的转动设备,
液体在泵的流动中,所产生的水力摩擦、冲击、脱
它像人的心脏输送血液那样把各种液体介质,如原流和漩涡等,都会产生水力损失,影响到水力效率。提
油、成品油、化工原料、中间产品和成品输送到其他
高水力效率的途径主要有两种:第一,从设计的角度来
地方。据统计一个大型炼油厂以及大型乙烯)需要各
研究液体在泵中的流动状态,从而进行最优化的水力流
种工业泵3000多台,其中离心泵占80%以上。这些泵
道设计,这是泵水力设计的基础,第一,采用先进的制
大部分由电动机驱动,也有用蒸汽透平和水力透平驱
造技术,减小水力摩擦,减少制造过程中产生的偏差,
使之符合经优化设计的水力尺寸。
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从设计角度进行分折
传统的设计方法主要采用经验公式,采用速度系数法、保角变换法和
相似换算法进行设计。随着技术的发展,高科技已经逐步应用于泵的水力
设计中,更为准确地反映液体流动状态,主要体现在三元流理论以及CFD
计算方法的应用。
我国是最早提出三元流动理论的国家,也是将三元流理论成功地应用
于机泵设计的国家之ー。采用三元流理论来设计泵,可以计算叶轮尺寸和
叶轮内流速分布情况,反映流体在叶轮内真实的流动状态,并可考虑黏性
图1売体的总压分布模拟
流体对边界层的影响,从而进一步提高泵的设计效率。现在,我国少数专
业泵厂,购买国外三元流设计计算程序,主机设计效率可达到90%以上。
三元流设计方法他可以应用到老设备的改造,在不改变壳体和安装的情况
下,对老泵的过流部分进行改造,可取得很好的节能效果。部分企业离心
泵叶轮三元改造节能效果见下表。
离心泵叶轮三元改造节能效果
序号
应用企业
泵型
节能效果
图2壳体的流线分布
北京燕山石化炼油厂
150Y型输油泵
效率提高4%
因而,三元流设计及CFD流场
山西化肥厂
P1603泵
由不正常到正常运行
模拟分析技术,将是未来泵设计的
天脊煤化工集团
循环水系
节电82万kWh
趋势,同时也是泵提升水力效率的
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大庆油田供公司
l4sh-9A型水泵
日节电1320kWh
有效途径。
华北油田岔河站
DY8567X8型油泵
效率提高8%
2.从制造方面分析
实践证明,有了好的设计,需
北京重型电动机「
汽轮发电动机主油泵流量、扬程增大了10%
天津潜油电泵公司潜油电系DN410?效率从5%提高到53
要更专业的工艺方法来保证制造出
来的产品符合设计的要求,这就是
北京水泵厂
管道泵YD-38型泵效率由68提高到72
为什么国内企业引进了国外的技术
天津潜水泵厂
250QJ-N80型潜水泵效率从?%提高到753%
后,却往往难以达到国外产品的性
国际上新近开发的工业系,比如瑞士 SULZER公司推出的API610最新能指标,缺少的正是先进工艺方法
版的标准泵OH系列,其水力模型均是采用三元流进行的设计,效率普違的研究。
高于我国同类产品5%~8%。
从制造方面来提高泵的水力
采用三维软件进行实体建模,利用计算流体力学CFD( Computational效率,需要重点关注水力形状的准
Fluid Dynamics),对离心泵叶轮内部流场进行数值模拟,可以分析流体流确把握,以及降低流道表面粗糙度
动的特性,求得压力和速度分布的规律,设计出合理的叶轮流道,提高叶值,减小水力摩擦两方面。
轮的水力效率。现在CFD技术在全世界已得到了飞速发展,我国也是其中
泵的流道形状几乎都是通过铸
技术上领先的国家之ー。可喜的是我国已经开始将CFD技术应用到泵的设造来实现,因此,在铸造过程中,
计中,在离心泵、轴流泵、诱导轮、排污泵及水轮机的设计中都有CFD分如何实现流道形状的准确定位至关
析的报告,根据其分析结果,可进行设计改进。
重要,尤其叶片的形状尤为突出。
目前很多泵厂家已经开始了三维设计和CFD设计。但只有软件的引进模样的准确是前提,手工制造或长
是不够的,需要大量的摸索和技巧的使用,尤其是CFD的设计,需要有足时间产生模样变形等因素都会直接
够的流体力学知识以及分析能カ。大耐泵业采用了与海外专家共同开发的影响流道的形状。随着三维技术的
模式,直接借用了国外专家已有的经验,使得研发能力大大得以提升,取发展,利用三维建模,通过数控加
得了很好的效果。进行的分析如图1、图2所示。
工,无论是木模样(见图3)还是
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