离心泵常用的流量调节方式:
离心泵在水利、化工等行业应用十分广泛,对其工况点的选择和能耗的分析也日益受到重视。通常,离心泵的流量、压头可能会与管路系统不一致,或由于生产任务、工艺要求发生变化,需要对泵的流量进行调节,其实质是改变离心泵的工况点。除了工程设计阶段离心泵选型的正确与否以外,离心泵实际使用中工况点的选择也将直接影响到用户的能耗和成本费用。因此,如何合理地改变离心泵的工况点就显得尤为重要。
离心泵的工作原理是把电动机高速旋转的机械能转化为被提升液体的动能和势能,是一个能量传递和转化的过程。根据这一特点可知,离心泵的工况点是建立在水泵和管道系统能量供求关系的平衡上的,只要两者之一的情况发生变化,其工况点就会转移。工况点的改变由两方面引起:1、水泵本身的特性曲线改变,如叶轮切割。2、管道系统特性曲线改变,如阀门节流。
下面就这两种方式进行分析和比较:
一、叶轮切割
当转速一定时,泵的压头、流量均和叶轮直径有关。对同一型号的泵,可采用切削法改变泵的特性曲线。设离心泵原叶轮直径为D、流量为Q、扬程为H、功率为P,切削后的叶轮直径为D′、流量为Q′、扬程为H′、功率为P′,则其相互关系为:
上述三式统称为泵的切削定律。切削定律是建立在大量感性试验资料基础上的,它认为如果叶轮切割量控制在一定限度内(此切割限量与水泵的比转数有关),则切割前后水泵相应的效率可视为不变。叶轮切割是改变水泵性能的一种简便易行的办法,即所谓变径调节,它在一定程度上解决了水泵类型、规格的有限性与供水对象要求的多样性之间的矛盾,扩大了水泵的使用范围。当然,叶轮切割属不可逆过程,用户必须经过计算并衡量经济合理性后方可实施。
二、阀门节流
改变离心泵流量简单的方法就是调节泵出口阀门的开度,而水泵转速保持不变(一般为额定转速),其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工况点。关小阀门来控制流量时,水泵本身的供水能力不变,扬程特性不变,管阻特性将随阀门开度的改变而改变。这种方法操作简便、流量连续,可以在某流量与零之间随意调节,且无需额外投资,适用场合很广。但节流调节是以消耗离心泵的多余能量来维持一定的供给量,离心泵的效率也将随之下降,经济上不太合理。
现在很多企业的调节方式是叶轮切割,因为叶轮切割可以节能降耗,但是在进行叶轮切割之前必须计算之后才能实行,以保证叶轮切割之后能够满足使用工况。
影响离心泵组效率的因素有很多,比如泵的本身的效率,运行中工况的额定工况,泵效低耗能高,泵的容积损失等等因素。本文针对离心泵组效率的几个因素,给大家讲讲提高离心泵组效率的措施:
一、提高泵本身的效率
1、叶片向吸入口延伸并减薄,使液体提早受到叶片作用,可减小叶轮外径,也可以增加叶道内流线的长度,减少相对扩散;但延伸要适当,过于前伸会使入Et面积过小,使叶片入口与叶片盖板相交的壁角变小,反而加大水力摩擦损失,挤缩进口流道,对汽蚀和效率均不利。
2、使相邻叶片间流道出口和进口面积之比控制在1、0~1、3范围内,以减小扩散损失。若该比值大于l、3,流道扩散严重,效率下降。
3、流道的水力半径越大越好,尽可能使叶片进口截面接近正方形,以减少摩擦损失,由水力学知道,过水断面面积和湿周的比值叫做水力半径,即水力半径一过水断面面积/湿周。湿周大,实际上就是液体与壁面的接触面积大,当把流道截面从近似正方形变为狭长矩形时,实质上就是让液体在狭长截面的间隙内流过,所以阻力必然大。
4、由于弯曲扩散管水力损失较大,现在多数采用略带弯曲接近直线的扩散段。对反导叶来说,它的进口角和在圆周方向的位置,应结合液流在扩散段流出的情况而定,原则是形成连续的流道,避免反导叶流道入口截面过窄,否则在反导叶进口处会引起涡流和撞击损失。
5、对多级泵,叶轮进口加预旋(反导叶出口角小于90。),减小叶轮进口相对速度,同时减小相对速度扩散,当反导叶出口角选择小于90。时,水流进入叶轮之前就产生了预旋,即可。
6、由于反导叶出口角所造成的预旋对下一级叶轮的特性有较大影响,在设计时为了使理论扬程公式Ht—U2Vu2一“lVul中的“1Vul项为零,反导叶的出口角似应选定90。,这对于末级导叶来说可消除旋转分量。但实验证明,这对效率和获得稳定的性能曲线都不利,尤其对于一些低比转速泵,为了获得下降的特性曲线,反导叶的出口角应选取小于90。,通常在60。~80。。叶片的两端要薄一些,以免产生撞击和涡流损失。叶片流道的截面
7、增加叶轮出口宽度,减小叶轮出口绝对速度,从而减小压水室中的水力损失。
8、斜切叶轮出口、减小前后流线的长度差或不同流线选取不同的叶片出口角,以便减小前后盖板流线压力差,从而减小出口的二次回流。
9、增加压水室喉部面积,当原设计面积小时,可使流动不受阻塞。
二、减少机械和摩擦损失
①轴承、填料引起的机械摩擦损失一般很小,对效率影响不大。填料密封的机械摩擦损失比机械密封大,若能采用机械密封更好。
②提高叶轮、导叶流道表面的光洁度。若可能,可以用手持砂轮等工具对流道表面进行打磨,这样,水力摩擦损失会明显减少。
③叶轮的前后盖板表面与液体产生的圆盘摩擦损失,与叶轮外径的5次方成正比。选取较大的叶片出口角可减小叶轮外径(公众号:泵管家),从而减小圆盘摩擦损失。圆盘摩擦损失与表面粗糙度大有关系,叶轮盖板外壁应尽量光滑。适当减小叶轮盖板与导叶之间的问隙也可以降低圆盘摩擦损失。
三、减少泄漏
适当缩小各部分间隙或加长密封问隙以及采用迷宫密封等,增加泄漏阻力,以减少容积损失。
泵内的泄漏部位发生在叶轮与密封环处、多级泵级间、轴向力平衡装置等。
提高泵的使用效率
改进管路系统,减少阻力。管线长度应尽可能缩短和保持直线,降低流速以减少沿程水头损失;减少闸阀、底阀、弯头、孔板等部件的数量,以减少局部水头损失。
降低水泵出水压力的富裕量,恰如其分地满足管路系统对出水压力的要求。如果水泵压力的富裕量过大,水泵的出水压力高于系统需要的压力,这就势必要采取关小阀门等节流方法来降压,造成功率浪费。这时必须对水泵采取改造措施,可根据系统要求的压力拆除一、二级叶轮;若过剩压力不太大,可采取车削叶轮方法来减压,使系统(管路)装置中的水泵尽量工作在泵的较佳效率点,避免在大流量或小流量下(效率较低点)工作。
离心泵振动的危害很大,但是却又不可避免,超标的振动可降低零件的使用寿命。尤其对轴,密封,轴承损害巨大,严重时会拔断地脚螺栓,震裂出入口接管,或震断出入口法兰螺栓,或者使阀门回转,甚至震坏厂房。振动的方式有多种,减小振动的方式也有多种。对于高转速的离心泵和离心压缩机,振动是个严重的问题,必须引起足够的重视。 为了分析振动的原因,必须掌握几种常见不平衡因素所表现的振动特点: 1、转子不平衡的特点是两轴承发生较大的振动,当装速上升接近额定值时,振幅增加很快,用平衡重法,可将振幅降低。 2、当机组中心不正时,振动的特点是振动随负荷增加,有时还会突然发生变化。此时不能用配重的方法,如用配重的方法,则振动加剧。 3、当支承部件有缺陷时,如基础刚性不够,紧固件松动等,振动特点是在空负荷时就发生振动,振幅不稳定。 4、当润滑不正常,轴承间隙大,油膜被破坏时,振动的特点是;因为油膜被破坏,供油时有时无、当运转情况改变时,振动值随之变化、振动时伴有不正常抖动与响声、 5、当转子与机壳摩擦时,振动的特点是振动一般表现在碰擦处附近,在机器停止转动时,容易听到摩擦声。 6、如果轴向振动不是由于质量不平衡所致,它多属于前轴承座刚度下降而引起。