小流量高揚(yáng)程低比轉(zhuǎn)速給水泵水力設(shè)計(jì)

延方泉　張浩　陶占春

摘 要：高效離心泵的比轉(zhuǎn)速范圍大概在120—200之間，當(dāng)離心泵比轉(zhuǎn)速低于60時(shí)，我們通常稱其為低比轉(zhuǎn)速離心泵，低比轉(zhuǎn)速離心泵一般具有小流量高揚(yáng)程的特點(diǎn)，并且低比轉(zhuǎn)速離心泵還有效率低，小流量點(diǎn)不穩(wěn)定的不足。但是當(dāng)采用了相應(yīng)設(shè)計(jì)方法以后，低比轉(zhuǎn)速離心泵的這些不足會(huì)得到一定的改進(jìn)，本文以實(shí)際產(chǎn)品為例，來(lái)介紹一下低比轉(zhuǎn)速給水泵的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：離心泵；低比轉(zhuǎn)速；給水泵；設(shè)計(jì)方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.019

1 前言

某新建電廠需要一種小流量、高揚(yáng)程、低比轉(zhuǎn)的離心給水泵，來(lái)滿足電廠工藝流程的要求，根據(jù)使用參數(shù)要求，設(shè)計(jì)了該小流量、高揚(yáng)程的低比轉(zhuǎn)速給水泵。具體參數(shù)如下：

溫度：180℃；流量：464m3/h；揚(yáng)程：3440m；轉(zhuǎn)速：5800rpm。

由于該類型泵流量小、流道窄，木型和鑄造都有一定困難，通常采用節(jié)段式的布置結(jié)構(gòu)，但是從泵運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性出發(fā)，該泵內(nèi)殼體采用了水平中開(kāi)式的渦殼結(jié)構(gòu)。泵共有6級(jí)葉輪，其中首級(jí)葉輪為雙吸式，其余5個(gè)次級(jí)葉輪采用背靠背相向布置。

2 水力設(shè)計(jì)

水力設(shè)計(jì)是根據(jù)給定的性能參數(shù)計(jì)算和確定泵葉輪和渦殼等泵的過(guò)流部件參數(shù)，從而為泵的零件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供量化的尺寸參數(shù)。通過(guò)對(duì)該類型泵的參數(shù)統(tǒng)計(jì)，該類型泵的在一定流量范圍內(nèi)的首級(jí)葉輪和次級(jí)葉輪揚(yáng)程比如下表：

由于該泵的流量較小，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)暫未有該泵首、次級(jí)葉輪揚(yáng)程比的推薦范圍，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)趨勢(shì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中選取了0.7做為揚(yáng)程比的分配方案，即首、次級(jí)葉輪揚(yáng)程比為。

2.1 計(jì)算首、次級(jí)揚(yáng)程

額定點(diǎn)首、次級(jí)揚(yáng)程和分別為：

泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速（n=5800rpm），根據(jù)計(jì)算泵的首、次級(jí)比轉(zhuǎn)速和分別為：

2.2 采用加大流量的設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化

2.2.1 加大流量設(shè)計(jì)方法的理論依據(jù)

由于低比轉(zhuǎn)速泵的理論效率較低，為了提高泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可運(yùn)行性，該泵水力部件的設(shè)計(jì)過(guò)程采用了加大流量的設(shè)計(jì)方法。加大流量的設(shè)計(jì)方法顧名思義是通過(guò)增加泵的設(shè)計(jì)流量來(lái)提高泵的設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)速，從而提高泵的理論設(shè)計(jì)效率，達(dá)到節(jié)能高效的設(shè)計(jì)目的。加大流量的設(shè)計(jì)方法的本質(zhì)是增大、b2、b3。

加大流量的設(shè)計(jì)方法是低比轉(zhuǎn)速泵設(shè)計(jì)優(yōu)化提高效率的一種手段，加大流量設(shè)計(jì)方法的修正系數(shù)是通過(guò)大量的性能試驗(yàn)得到，在實(shí)際的工程應(yīng)用中具有較高實(shí)用價(jià)值。加大流量設(shè)計(jì)方法的修正系數(shù)為，流量系數(shù)范圍k1=1.1-1.7，比轉(zhuǎn)速系數(shù)范圍k2=1.06-1.43。

2.2.2 增大系數(shù)的確定

根據(jù)該泵的使用工況，按照其使用環(huán)境將泵的設(shè)計(jì)流量增大1.15倍，在保持揚(yáng)程不變的情況下就增大泵的比轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到提高泵理論效率的目的。最終泵設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

溫度：180℃；流量：533.6m3/h；揚(yáng)程：3440m；轉(zhuǎn)速：5800rpm。

參數(shù)增大后，根據(jù)計(jì)算首、次級(jí)比轉(zhuǎn)速、分別為：

增大流量后，比轉(zhuǎn)速的增大系數(shù)分別為：

比轉(zhuǎn)速的增大系數(shù)在修正系數(shù)的范圍之內(nèi)，滿足增大流量設(shè)計(jì)方法的要求。

3 試驗(yàn)結(jié)果

按照以上增大后的比轉(zhuǎn)速進(jìn)行泵模型的選擇與換算，通過(guò)試驗(yàn)其效率明顯優(yōu)于常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的泵效率，性能對(duì)比如下：

設(shè)計(jì)點(diǎn)：流量533.6m3/h；試驗(yàn)效率80.0%。

目標(biāo)點(diǎn)：流量464m3/h；試驗(yàn)效率77.8%；統(tǒng)計(jì)效率73.5%。

注：統(tǒng)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)效率根據(jù)GB/T 13007-2011求得。

4 結(jié)論

根據(jù)該泵的試驗(yàn)結(jié)果可知，通過(guò)加大流量設(shè)計(jì)法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，泵的效率有了較大提高，揚(yáng)程和轉(zhuǎn)速等性能參數(shù)基本不變，給水泵的性能滿足設(shè)計(jì)的輸入要求。通過(guò)該泵的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)小流量、高揚(yáng)程、低比轉(zhuǎn)速離心泵的設(shè)計(jì)和改造提供了借鑒意義，特別是對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行的低比轉(zhuǎn)速的低效率泵的降耗增效改造方便，提供了一個(gè)可行方向。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：延方泉（1986-），男，河南鹿邑人，本科，工程師，研究方向：火電站和核電站泵類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。