河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY201年3月第28卷第3期(下)三元流技術(shù)在循環(huán)水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用申延鵬,常金唱(河南晉開集團(tuán)延化化工有限公司,河南廷津453200)【摘要】介紹了射流一尾跡三元流動理論與應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn),運(yùn)用該技術(shù)對循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改逵。該項(xiàng)節(jié)能技術(shù)改造效果顯著,完全達(dá)到節(jié)能目的【關(guān)鍵詞】射流一尾跡三元流動;循環(huán)水泵;葉輪改逵;節(jié)能降耗【中圖分類號】『Q521【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1003-3467(201106-0048-目前節(jié)能降耗已成為全國各行各業(yè)特別是高口輪徑輪轂比、子午流道的曲率變化葉型中心線耗能企業(yè)的重要任務(wù)。我國已把節(jié)能降耗提到了國的形狀、葉片厚度分布、安裝角進(jìn)口角出口角及泵民經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要的位置。的工作流量、壓力變化等多種因素的影響。而根據(jù)離心泵是把原動機(jī)的機(jī)械能通過離心泵葉輪產(chǎn)《射流一尾跡三元流動理論》結(jié)合離心泵在使用中生的離心力使液體產(chǎn)生動能,從而達(dá)到輸送液體的的流量、揚(yáng)程等具體參數(shù)設(shè)計(jì)制作的高效三元流葉目的,它廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。因此通輪在不變動泵體安裝結(jié)構(gòu)的情況下?lián)Q裝于原泵體過優(yōu)化離心泵的性能做好離心泵的節(jié)能工作,是節(jié)內(nèi)。以投資最少,見效最快的技改方式,達(dá)到節(jié)能降能降耗中至關(guān)重要的一環(huán)。耗的目的。1三元流技術(shù)概述2三元流技術(shù)原理我國離心泵多年來一直采用一元流理論設(shè)計(jì)離三元流技術(shù),實(shí)質(zhì)上就是通過使用先進(jìn)的泵設(shè)心泵葉輪,它的設(shè)計(jì)理念是假定進(jìn)出口流通截面及計(jì)軟件《射流一尾跡三元流動理論計(jì)算方法》,結(jié)合流道內(nèi)部任何流通截面的水流分布是均勻的而流生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際的運(yùn)行工況,重新進(jìn)行泵內(nèi)水力部件速僅為一個(gè)自變量的函數(shù)。據(jù)此而設(shè)計(jì)出葉片的幾(主要是葉輪)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體步驟是:先對“在何形狀制作出多種模型進(jìn)行試驗(yàn)擇優(yōu)選用。由于用”離心泵的流量、壓力電機(jī)耗功等進(jìn)行測試,并離心泵在不同工況下其流量、壓力變化范圍很大而提出常年運(yùn)行的工藝參數(shù)要求作為泵的設(shè)計(jì)參數(shù)這種葉輪的模型只能是有限的數(shù)種,因而無法保證再使用泵設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出新葉輪保證可以和原型優(yōu)選模型與實(shí)際工況一致。這就導(dǎo)致離心泵葉輪偏互換,在不動管路電路、泵體等條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能或擴(kuò)離設(shè)計(jì)最佳效率點(diǎn),進(jìn)而影響泵的實(shí)用效率大生產(chǎn)能力的目標(biāo)。我國科學(xué)家吳仲華教授創(chuàng)立的S1S2兩類流面2.1一元、三元流動基本概念概念,奠定了葉輪機(jī)械三元流動理論的基礎(chǔ),中科院下頁圖1左邊是葉輪的局部視圖,右邊是把葉研究員劉殿魁教授于1986年提出了《葉輪機(jī)械內(nèi)含輪內(nèi)兩個(gè)相鄰葉片和前后蓋板形成的流道abdr射流一尾跡的完全三元流的解法》。應(yīng)用這一計(jì)算gh作為一個(gè)計(jì)算分析研究的單元。aehd、bge是兩方法對葉輪流道進(jìn)行設(shè)計(jì),有效地解決了尾跡區(qū)的個(gè)相鄰的葉片, donghi是葉輪前蓋板,bea是葉輪影響,提高了葉輪的水力效力同時(shí)增大了有效流通后蓋板。傳統(tǒng)的“一元流理論”就是把葉輪內(nèi)的曲面積提高了離心泵的工作效率形流道 abcdefgh,視為一個(gè)截面變化的彎曲流管,離心泵的水力效率受水泵葉輪的進(jìn)口輪徑、出認(rèn)為沿流線的流速大小僅隨裁面大小而變化但假中國煤化工收稿日期:2011-02-21CNMHG作者簡介:申廷鵬(1959-),男,從事設(shè)備管理工作電話15560101236河南化工20ll年3月第28卷第3期(下)HENAN CHEMICAL INDUSTRY49定在每個(gè)橫斷面上如abd、ihn、eh等流速是相同中的葉片位置依次為進(jìn)口、出口、葉輪前蓋板內(nèi)壁的。這樣在流體力學(xué)計(jì)算中流動速度(u)就只是型線葉輪后蓋板壁面型線。實(shí)線為三元流葉輪虛流線長度坐標(biāo)(s)的一元函數(shù)。這種簡化使泵內(nèi)部線為傳統(tǒng)一元流葉輪。前者軸向向進(jìn)口方向延伸流體力學(xué)的計(jì)算可以用手工算法得以實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)采軸向?qū)挾却?造成流動損失盡可能小的進(jìn)口條件,使用的雙吸水平中開泵就是采用這種理論設(shè)計(jì)的。泵的效率和氣蝕性能得以改善。2圖1葉輪圓柱坐標(biāo)(R、中、a)及流動速度a然而由于葉輪流道 abedefgh的三元曲線形狀又3葉片形狀的差別是高速旋轉(zhuǎn)的流速(或壓力)不但沿流線變化,而葉片在垂直軸線Z的平面上投影為adh曲面,且沿橫截面abd,in、h等等,任何一點(diǎn)都是不相由于角的改變可以看到三元流葉片扭曲顯著而同的,即流速是三元空間圓柱坐標(biāo)(R、φ、Z的函元流葉片a1、d1、h則扭曲度小,有時(shí)a1與d1重?cái)?shù))。特別是葉片數(shù)也是有限的,流速和壓力沿旋合葉片完全不扭曲,而只是一個(gè)板式彎曲形葉片,轉(zhuǎn)周向(φ坐標(biāo))的變化正是水泵向流體輸入功的我們稱之為直葉片。當(dāng)然針對具體的設(shè)計(jì),三元流最終體現(xiàn)。忽略這一點(diǎn)就無法計(jì)算水泵內(nèi)部的壓力設(shè)計(jì)的葉片進(jìn)出口尺寸可能與一元流均不同甚至變化,這也就是為什么一元流動理論只能計(jì)算葉輪葉片數(shù)目也不相同,不一描述進(jìn)口、出口參數(shù)而不能準(zhǔn)確分析葉輪內(nèi)部流動參數(shù)3水泵技改方式的比較的原因。水泵的效率顯然與其內(nèi)部流動狀況的好壞是密不可分的,一元流理論固然簡單,但不能完全反葉輪是水泵的心臟,它決定了泵的揚(yáng)程效率的映泵內(nèi)的真實(shí)流動,這就在設(shè)計(jì)上阻礙了泵效率的絕大部分泵體的影響較小。對于在用泵結(jié)合其在提高用的流量揚(yáng)程及泵體,設(shè)計(jì)出可互換的高效率三元2.2“射流一尾跡”三元流動流葉輪換裝原泵內(nèi),這是投入最少簡單易行、見效最早在航空用離心壓氣機(jī)中用激光測速技術(shù)最快的技改方式觀察到“射流一尾跡”現(xiàn)象,如圖2所示,弧狀彎曲在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中,由于離心泵不符合使用要線和啁g分別代表兩個(gè)相鄰的葉片,d為葉片進(jìn)求往往采用切割葉輪的方式來解決。這種方法實(shí)口邊lg為葉片出口邊,m為葉片進(jìn)口流速2為葉際上是減少了泵的流量和揚(yáng)程此時(shí)電機(jī)功率會減片出口流速都是不均勻的。t是流動分離點(diǎn),hv即少。但由于流量的減少離心泵的水力效率下降單是尾跡區(qū),是一些低能量流體組成類似一個(gè)旋渦。耗增大,并沒有起到節(jié)能的目的。而目前推廣的變cdng則是射流區(qū)可視為無黏性的位流區(qū),可按通常頻調(diào)速方案,是通過降低頻率來降低電機(jī)離心泵轉(zhuǎn)的三元流計(jì)算。速,從而使離心泵的流量和揚(yáng)程下降,以減少電機(jī)功率損耗和閥門節(jié)流損失,達(dá)到一定的節(jié)能目的,離心泵的水力效率并沒有得到提高。且投資大使用維護(hù)費(fèi)用較高,適宜于工況變化頰繁的情況下使用。河南延化化工有限公司是歷經(jīng)30年發(fā)展起來的中型氮肥企業(yè)。生產(chǎn)系統(tǒng)使用的離心泵均為一元流結(jié)圖2射流一尾跡模型中國煤化工電機(jī)易燒毀,維護(hù)工不下,對公司節(jié)能下面把差別較大的幾點(diǎn)加以描述:CNMH增效元以的分析論證后,采如圖3所示葉輪的子午流道形狀,對應(yīng)于圖1用了依據(jù)《射流一尾跡三元流動理論》結(jié)合公司各河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2011年3月第28卷第3期(下)工段實(shí)際運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)制造的新型葉輪先后對尿行,臺備用。完成改造后未出現(xiàn)因超負(fù)荷而燒毀素循環(huán)水泵和合成氨循環(huán)水泵實(shí)施了技術(shù)改造。在電機(jī)的現(xiàn)象維護(hù)工作量和維修費(fèi)用明顯下降特別不變動工藝管線確保生產(chǎn)工況不變的情況下,通過是電耗大幅度下降,具體檢測數(shù)據(jù)見表1。換裝新型葉輪,使設(shè)備運(yùn)行得到徹底優(yōu)化。公司已經(jīng)計(jì)算每年可節(jié)約電費(fèi)達(dá)146.77萬元。通過對24臺循環(huán)水泵進(jìn)行了技術(shù)改造,其中17臺泵運(yùn)表1循環(huán)水泵技術(shù)改造檢測表規(guī)格型號總管壓力后運(yùn)行電流/A改造前改造后12SH-1312SH-130.100.1252003767.574212SH-130.100.125101862.523117310.192SH-130.191161457285.508512SH-130.190.10570.427878410.538350sS44A0.330.3352717293041.1077350s4A0.30312840l1.825使用三元流葉輪提高了離心泵的工作效率,從而取葉輪是對流量、揚(yáng)程都減少時(shí)使用的方法。此時(shí)電得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。機(jī)功率會減少,人們往往以為這樣是節(jié)能了。但要知道由于流量的減少,單耗(噸水電耗)不但不減,4結(jié)論有時(shí)還會增大,因此水泵自身的水力效率是下降的。經(jīng)過上面的理論介紹與分析,以及改造實(shí)例,證換裝新泵由于管路底座甚至電路電機(jī)都要改變,明射流一尾跡三元流動理論在水泵設(shè)計(jì)方面具有顯不但周期長投資大不是萬不得已不宜采用。特別著優(yōu)勢,通過此技術(shù)直接對水泵的葉輪改造,不但能是對于要求泵揚(yáng)程減少,流量增大或揚(yáng)程、流量都夠提高水泵的運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能:而且可以實(shí)現(xiàn)在電機(jī)許用功率條件下一起增大的情況切割葉輪保證電機(jī)不超載的情況下,改變揚(yáng)程大幅提高流是無法應(yīng)用的量”的技術(shù)目標(biāo)。綜上所述,對在用的水泵使用三元流動理論設(shè)水泵制造廠對在用泵不符合使用要求時(shí),可以計(jì)高效率可互換的葉輪無論對工頻泵或變頻泵都采用的方式只有切割葉輪或整體更換新泵。切割是行之有效的節(jié)能技改方案其投入產(chǎn)出比最優(yōu)。我國農(nóng)資行業(yè)首次發(fā)布中國尿素批發(fā)指數(shù)中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料流通協(xié)會發(fā)布了中國化肥該指數(shù)是以2010年為基期基期為1863.25點(diǎn)價(jià)格指數(shù)系列中的中國尿素批發(fā)價(jià)格指數(shù),這在我業(yè)內(nèi)專家表示,中國化肥價(jià)格指數(shù)反映中國化國農(nóng)資行業(yè)中尚屬首次。這一指數(shù)的發(fā)布為國家肥市場總體價(jià)格水平、歷史走勢,研判價(jià)格波動規(guī)有關(guān)宏觀調(diào)控部門、化肥生產(chǎn)企業(yè)和流通企業(yè)等及律的工具進(jìn)入指數(shù)時(shí)代。據(jù)介紹,中國尿素批發(fā)價(jià)時(shí)準(zhǔn)確掌握國內(nèi)尿素市場價(jià)格水平、科學(xué)研判市格指數(shù)今后由中國農(nóng)資流通協(xié)會每周定期發(fā)布。場、判斷走勢提供了重要依據(jù)。協(xié)會據(jù)了解,首期發(fā)布的中國尿素批發(fā)價(jià)格指數(shù)為終推H中國煤化工價(jià)格指數(shù),并最映整個(gè)化肥行業(yè)CNMHG1949.51點(diǎn),比基期上漲86.26點(diǎn),漲幅為463%。經(jīng)濟(jì)見口0