單級雙吸中開式離心泵的技術(shù)改造

1、單級雙吸中開式離心泵的技術(shù)改造論文導(dǎo)讀：再次由于不存在平衡裝置泄漏，兩側(cè)葉輪共用一個壓水室，只有兩個蓋板表面，所以雙吸泵的效率比相同比轉(zhuǎn)速的單吸泵效率高。另外單級雙吸中開泵還具有流量大、汽蝕余量小、密封系統(tǒng)采用內(nèi)循環(huán)、能方便更換軸套等優(yōu)點。國內(nèi)部分學(xué)者專家已經(jīng)就國內(nèi)外雙吸清水離心泵技術(shù)水平對比分析作了相當(dāng)詳細(xì)的論述，在對全國泵行業(yè)骨干企業(yè)進(jìn)行行業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)上，收集雙吸清水離心泵3000余個規(guī)格的性能數(shù)據(jù)，將效率、汽蝕余量兩個性能指標(biāo)的實測數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計分析。關(guān)鍵詞：單級雙吸中開泵，汽蝕，效率，技術(shù)改造一、前言單級雙吸水平中開式離心泵采用水平中開式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，該型泵吸入

2、口和排出口均在泵軸心線下方，檢修時，可以不動進(jìn)出口管路及電機(jī)，只要打開上泵蓋即可吊出轉(zhuǎn)子，將全部零件拆下，因而維修十分方便；其次采用雙吸葉輪，由兩個相互對稱的單吸葉輪背靠背地或面對面地安裝在一根軸上，能自動平衡由兩個對稱葉輪組成的泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸向力，因而軸承的可靠性高，運行穩(wěn)定；再次由于不存在平衡裝置泄漏，兩側(cè)葉輪共用一個壓水室，只有兩個蓋板表面，所以雙吸泵的效率比相同比轉(zhuǎn)速的單吸泵效率高；另外單級雙吸中開泵還具有流量大、汽蝕余量小、密封系統(tǒng)采用內(nèi)循環(huán)、能方便更換軸套等優(yōu)點。由于單級雙吸中開泵有這些優(yōu)點，所以在水廠、電廠、鋼廠、市政和建筑等部門獲得非常廣泛的應(yīng)用。二、單級雙吸泵的技術(shù)現(xiàn)狀及存在

3、的問題國內(nèi)現(xiàn)有的單級雙吸中開泵產(chǎn)品主要有sh型和s型。論文發(fā)表。我國最早于1954年6月，由沈陽水泵廠開始自行研究試制單級雙吸離心泵。接著按照前蘇聯(lián)x型泵的型譜和標(biāo)準(zhǔn)、系列參數(shù)設(shè)計了整個sh系列泵產(chǎn)品，于1957年試制完成從6sh到48sh，全系列30個品種規(guī)格的產(chǎn)品，流量：14412500 m3/h，揚(yáng)程：9140m。50m 揚(yáng)程以上產(chǎn)品有 10 種，整個系列揚(yáng)程范圍偏低，泵的性能穩(wěn)定，效率指標(biāo)較高。泵的轉(zhuǎn)速分別為8sh為1450r/min、24sh為970r/min、32sh為730r/min、48sh為485r/min。1962年由當(dāng)時的一機(jī)部通用機(jī)械研究所和沈陽水泵研究所共同負(fù)責(zé)（以沈

4、陽水泵研究所為主）組織了sh型雙吸泵的聯(lián)合設(shè)計，性能參數(shù)范圍：q16211000m3/h，h12125m，t-2080，制定了該產(chǎn)品的泵行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時由于受原蘇聯(lián)的設(shè)計思想影響較深，對安全系數(shù)、使用壽命等因素考慮較多，因此sh型泵的壁厚、中開密封面壁厚選擇偏于保守，有許多規(guī)格泵選用的是滑動軸承等?？梢哉f當(dāng)時的聯(lián)合設(shè)計sh型泵滿足了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基本要求，達(dá)到了蘇聯(lián)同型泵的水平，當(dāng)然同時也存在著蘇聯(lián)泵的一些不足。為了改進(jìn)sh型泵的不足，1967年沈陽水泵研究所在上海聯(lián)合了十多個泵廠進(jìn)行了第二次的聯(lián)合設(shè)計，設(shè)計了s型泵來代替sh型泵，與sh型泵比較，s型泵主要有以下幾方面的優(yōu)點：（1）提高系列

5、泵產(chǎn)品的效率，平均提高15%；（2）泵的轉(zhuǎn)向作了改變，sh型泵從傳動端看為逆時針方向旋轉(zhuǎn)，s型泵為順時針方向旋轉(zhuǎn)。這主要為了適當(dāng)柴油機(jī)驅(qū)動的情況。（3）泵體壁厚、中開密封面壁厚減??；（4）填料密封沖洗由外沖洗變?yōu)閮?nèi)沖洗；（5）泵滑動軸承改為滾動軸承；（6）從加工生產(chǎn)的角度，對有些不合理的地方進(jìn)行了改動。無論是s型泵還是sh型泵，由于多年沒有再進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，經(jīng)過多年的實際運行已經(jīng)陸續(xù)暴露了它的不足之處。近十年來，由于歸口技術(shù)研究所的不景氣，離心泵產(chǎn)品的技術(shù)研究工作基本停止，各個企業(yè)在此方面也沒有開展更多的工作。因此國內(nèi)單級雙吸泵的水力性能研究沒有得到順利發(fā)展，產(chǎn)品的技術(shù)水平一直徘徊在上世紀(jì)七八十

6、年代的水平，導(dǎo)致與國外的技術(shù)差距越來越大?？梢哉f我國的雙吸泵產(chǎn)品半個世紀(jì)以來基本上沒有什么變化，但是國外的雙吸泵產(chǎn)品卻不停地更新?lián)Q代。國外目前主要有德國ksb公司生產(chǎn)的omega和rdl型雙吸泵，美國pentair(濱特爾)公司生產(chǎn)的aurora410和pwts系列。與國內(nèi)產(chǎn)品相比，國外的雙吸泵有以下特點：（1）性能范圍很廣，像ksb公司雙吸泵除低揚(yáng)程泵品種較少外，共計54個品種，泵進(jìn)口直徑1001000mm，流量8013680m3/h，揚(yáng)程14180。（2）結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度剛度好，可立臥兩用，可裝機(jī)械密封或填料密封。（3）同一泵體裝a、b兩種葉輪，每個葉輪切割三次。這樣每種泵有8個性能曲線，大

7、大擴(kuò)大了泵的性能范圍，為選泵創(chuàng)造了有利條件。（4）吸水室大部分設(shè)在下泵體上，上泵蓋呈平凸形。傳統(tǒng)泵的上泵蓋上有一部分吸水室，泵蓋成山形。（5）造型美觀。（6）泵的過流量大。（7）低比轉(zhuǎn)速產(chǎn)品效率非常高。國內(nèi)部分學(xué)者專家已經(jīng)就國內(nèi)外雙吸清水離心泵技術(shù)水平對比分析作了相當(dāng)詳細(xì)的論述，在對全國泵行業(yè)骨干企業(yè)進(jìn)行行業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)上，收集雙吸清水離心泵3000余個規(guī)格的性能數(shù)據(jù)，將效率、汽蝕余量兩個性能指標(biāo)的實測數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計分析。對比分析發(fā)現(xiàn)：國外產(chǎn)品的效率指標(biāo)平均技術(shù)水平要高于國內(nèi)的效率指標(biāo)2.5；國內(nèi)的汽蝕余量指標(biāo)平均技術(shù)水平要優(yōu)于國外產(chǎn)品0.97m。在效率指標(biāo)方面，優(yōu)劣的順序

8、為：國內(nèi)的樣本值最高、國外的樣本值次之、國內(nèi)的實測值最低。總之對比國內(nèi)外的雙吸泵技術(shù)水平，可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)雙吸泵產(chǎn)品普遍汽蝕余量好、但效率差，而國外產(chǎn)品效率明顯好，但汽蝕余量npsh偏差，可靠性好。三、單級雙吸中開泵的技術(shù)改造1、提高汽蝕性能離心泵在運行中經(jīng)常會產(chǎn)生噪音和振動，并伴隨有流量、揚(yáng)程和效率的降低，有時甚至不能工作，檢修時常?？梢园l(fā)現(xiàn)葉片入口邊靠近前蓋板處和葉片入口邊附近有麻點或蜂窩狀破壞，嚴(yán)重時整個葉片和前、后蓋板都有這種現(xiàn)象，甚至葉片和蓋板被穿透，這主要是由于汽蝕所引起的破壞。下面主要介紹了幾種常見的通過改變離心泵的進(jìn)口結(jié)構(gòu)參數(shù)來降低npsh值提高泵的汽蝕性能的方法：適當(dāng)增大葉輪進(jìn)口

9、直徑d0。因為汽蝕余量的值與葉輪的進(jìn)口速度有關(guān)，要降低汽蝕余量，可以用減小進(jìn)口速度的方法。而葉輪進(jìn)口速度的大小與葉輪的進(jìn)口直徑存在一定的關(guān)系式。通過計算可以知道，通過增大葉輪進(jìn)口直徑d0可降低葉輪進(jìn)口速度v0，進(jìn)而降低汽蝕余量。但葉輪的進(jìn)口直徑并非是越大越好，超過最佳直徑后，汽蝕余量又重新增大。此外，過大的進(jìn)口直徑將使進(jìn)口流道嚴(yán)重擴(kuò)散，破壞流動的良好速度分布并形成旋渦區(qū)，從而使泵的效率降低。同時，過大的葉輪進(jìn)口直徑還將使密封環(huán)處的間隙面積增大，從而使泄漏損失增大，容積效率降低，況且還存在d0與泵進(jìn)口直徑匹配問題，所以d0不能無限制增加。增加葉輪進(jìn)口寬度。由前面可知，降低進(jìn)口流速通過增大進(jìn)口通流

10、面積來提高泵汽蝕性能。論文發(fā)表。增大進(jìn)口直徑可以增大進(jìn)口通流面積，此外，還可以增大葉輪的進(jìn)口寬度。如果在加大葉輪的進(jìn)口直徑的同時也加寬葉輪寬度，則提高泵汽蝕性能的效果更為顯著。汽泡最初在葉片的進(jìn)口邊靠近前蓋板處開始發(fā)生，然后逐漸沿軸向發(fā)展，最后再沿葉片朝出口方向發(fā)展。加寬葉片的進(jìn)口寬度，等于給汽蝕汽泡的發(fā)展過程增加了朝軸向發(fā)展的余地，從而延遲了汽泡朝出口的發(fā)展過程。即加寬了葉片的進(jìn)口寬度可以延長汽蝕的潛伏期，從而延遲了破壞作用。但是過大的進(jìn)口寬度是不足取的，一方面將使葉輪軸面投影圖的繪制發(fā)生困難，另一方面也將使葉輪流道的面積變化變得不規(guī)則，從而使水力損失增大，泵的效率降低。一般，加寬進(jìn)口寬度在

11、低比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵中比較有效。在高比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵中，由于葉片的相對長度小，汽蝕汽泡易于影響葉輪的出口，因此，對比轉(zhuǎn)數(shù)較高的泵，單純加寬葉輪的進(jìn)口寬度來提高其汽蝕性能，可能效果較差。合理增大葉片進(jìn)口沖角。加大沖角可以使葉片進(jìn)口安裝角增大，可以增大葉片間的通流面積，此時由于減小了葉片的彎曲，也減小了葉片的排擠，從而加大了葉片間的通流面積，降低了進(jìn)口流速，使抗汽蝕性能得以提高。通常推薦葉片進(jìn)口沖角取正沖角=3080，其結(jié)果可以增大葉片進(jìn)口安放角，改善葉片擁擠，減少壓降系數(shù)2，此舉既不影響泵的效率又能提高泵的抗汽蝕能力。葉片進(jìn)口邊合理前伸。葉片進(jìn)口邊前伸時，一方面增大了葉片的面積，使相同揚(yáng)程下葉片單位面

12、積上的載荷減小，另一方面則因進(jìn)口邊上中點的所在半徑減小，使平均圓周速度和相應(yīng)的相對速度也減小，因而使汽蝕余量npsh減小，有利于泵的抗汽蝕性能。當(dāng)葉片進(jìn)口邊朝進(jìn)口延伸時，汽蝕汽泡首先發(fā)生在圓周速度最大的進(jìn)口直徑處，即只在局部區(qū)域發(fā)生汽蝕汽泡。葉片進(jìn)口邊延伸除了有利于抗汽蝕性能外，也有利于揚(yáng)程曲線和效率曲線。葉片延伸后，其揚(yáng)程曲線與未延伸時相比較形狀比較平緩，減輕了駝峰，這對運行而言是有利的。此外，效率曲線的最高效率點朝小流量方向偏移，且最高效率點的絕對值也稍有提高。當(dāng)然葉片進(jìn)口邊要合理前個，如果葉片進(jìn)口邊朝葉輪進(jìn)口延伸得太多，則葉片將嚴(yán)重扭曲，易于造成流道的堵塞并且設(shè)計和制造也將造成困難。增大

13、前蓋板的轉(zhuǎn)向半徑。汽蝕汽泡首先發(fā)生在葉片進(jìn)口邊靠近前蓋板處，因為該處液流的相對速度最大。因此，前蓋板轉(zhuǎn)向半徑的大小將影響泵的汽蝕性能。當(dāng)前蓋板轉(zhuǎn)向半徑較小時，葉片進(jìn)口邊靠近前蓋板處的速度比較大，該處易于形成汽蝕汽泡；相反當(dāng)前蓋板轉(zhuǎn)向半徑較大時，葉片進(jìn)口邊靠近前蓋板處的速度比較小，該處不大會有汽蝕汽泡產(chǎn)生。因此，增大前蓋板的轉(zhuǎn)向半徑也是提高泵的抗汽蝕性能的措施之一。當(dāng)前蓋板轉(zhuǎn)向半徑較大時，液流轉(zhuǎn)彎較平緩，這將會在所有工況下都對葉輪的抗汽蝕性能起到良好的影響。此外，隨著轉(zhuǎn)向半徑的增大，進(jìn)口寬度也增大，這也為提高汽蝕性能提供了良好的條件。合理減少輪毅直徑。輪毅直徑的大小將在葉輪進(jìn)口直徑不變的情況下改

14、變?nèi)~輪的進(jìn)口面積，從而改變進(jìn)口速度，對泵的汽蝕性能產(chǎn)生影響。如果條件允許，可以把輪毅直徑設(shè)計小一些，減小輪毅直徑與增大葉輪進(jìn)口直徑和加寬葉片進(jìn)口寬度一樣，也會增大液流的進(jìn)口面積，從而改善汽蝕性能。可以認(rèn)為，減小輪毅直徑將比增大葉輪進(jìn)口直徑更有利，因為此時減少了進(jìn)口邊最大直徑處發(fā)生汽蝕汽泡的傾向。但是，輪毅直徑是受轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度限制，過大地減少輪毅直徑，會降低轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度，從而影響水泵運行的穩(wěn)定性和可靠性。此外對雙吸泵還可采用半螺旋形吸入室，利用半螺旋形吸入室產(chǎn)生的強(qiáng)預(yù)旋，來減小相對速度，改善汽蝕性能。其他還有加裝誘導(dǎo)輪，采用抗汽蝕性能好的材料等方法在一定程度上也都能提高離心泵的汽蝕性能。2、提高效率指

15、標(biāo)離心泵效率是指泵的有效功率和軸功率的比值，由于泵內(nèi)的各種損失，泵的有效功率總是小于軸功率，故效率總是小于1的。目前國內(nèi)離心泵中多數(shù)型號的效率一般在70-80%左右，少數(shù)大流量型號的效率在90%左右。影響離心泵效率的主要原因在于泵內(nèi)存在的能量損失，這些損失主要是機(jī)械損失、水力損失和容積損失。機(jī)械損失主要是葉輪外表面與液體的磨擦損失（即圓盤摩擦損失）以及離心泵軸承、軸封上的摩擦損失，水力扣失主要是液體在泵內(nèi)運動速度和方向的變化引起的沖擊損失、旋渦損失等，液體與泵內(nèi)各流道壁面的磨擦損失以及液體運動的內(nèi)部磨擦損失，容積損失主要是泵內(nèi)高壓液體向低壓區(qū)泄露回流造成的損失，包括密封環(huán)泄漏損失、平衡機(jī)構(gòu)泄漏

16、損失和級間泄漏損失。下面介紹幾種國內(nèi)外常用的提高離心泵效率的方法：減小葉輪外徑。葉輪圓盤摩擦損失與葉輪轉(zhuǎn)速三次方和葉輪外徑五次方的積成正比。對于給定的揚(yáng)程，葉輪外徑減小后，泵轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加（可以認(rèn)為葉輪外徑減小一半，泵轉(zhuǎn)速增大一倍），而葉輪外徑減小后，圓盤摩擦損失成五次方比例地下降。所以，對給定揚(yáng)程，離心泵轉(zhuǎn)速增加后，圓盤摩擦損失并不增加，而減小，這也是泵逐漸提高轉(zhuǎn)速的原因之一。適當(dāng)減小葉輪蓋板外徑。圓盤摩擦損失主要是由于葉輪蓋板與液體間摩擦造成的損失，所以減小葉輪蓋板外徑可以減小葉輪蓋板與液體的接觸面積，減小圓盤摩擦損失。但如果葉輪蓋板外徑減的太多，就會產(chǎn)生不利情況，這時葉輪內(nèi)的液流沿葉片側(cè)端

17、泄露較多，并且半徑越小處的葉片側(cè)端，其泄露的液流能量越低，流量越小，而此處葉輪內(nèi)的水流依然隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，這樣就會在葉輪內(nèi)外液流之間、葉片側(cè)端與液流之間以及側(cè)端液流內(nèi)部造成很大的流速梯度，從而造成很大的水流種擊和旋渦回流損失，所以葉輪蓋板只能適當(dāng)減小。降低表面粗糙度。圓盤摩擦損失的大小還與泵體內(nèi)壁的表面粗糙度有關(guān)，所以提高離心泵鑄造精度，提高葉輪蓋板、泵殼內(nèi)壁等的流道表面光潔度，可以一定程度上降低圓盤摩擦損失。試驗表明：鑄鐵泵體的粗糙表面涂漆后，泵的效率較未涂漆時能高23%；葉輪蓋板和泵體粗糙面用砂輪磨光后，泵效率可提高24%。合理設(shè)計葉輪與泵體間的側(cè)隙，減小圓盤磨擦損失。對一般離心泵來說，在

18、b/d2=25%（b：葉輪與泵體間的側(cè)隙大小，d2：葉輪外徑）范圍內(nèi)時，葉輪圓盤摩擦損失是比較小的。適當(dāng)減小密封間隙的環(huán)形面積，降低泄漏量，減小容積損失。密封環(huán)泄漏損失與密封環(huán)間隙環(huán)形面積、密封間隙的平均直徑成正比，密封環(huán)直徑越大，其兩側(cè)壓力相差越懸殊，則泄漏量越大。為了降低泄漏量，減小容積損失，提高泵的效率，就要把密封間隙的環(huán)形面積盡量減小，為了使葉輪入口直徑保持一定的水平，這時應(yīng)盡量減小密封間隙的平均直徑，在保證安全運行及制造允許的前提下，應(yīng)盡量選取較小的間隙寬度。增加密封環(huán)阻力，降低泄漏量，減小容積損失。論文發(fā)表。為了使密封環(huán)有更大阻力，可以將密封環(huán)設(shè)計成迷宮、鋸齒形等，增加密封間隙的長度，增加了密封間隙的沿程阻力，從而達(dá)到降低泄漏量，提高效率的目的。合理確定過流部件進(jìn)出口角，避免流道內(nèi)出現(xiàn)死區(qū)、尖角、突變等，流道表面應(yīng)盡量光潔，減少泵內(nèi)的水力損失?？傊ㄟ^以上方法可以使單級雙吸中開泵的效率和汽蝕性能得到很好的提升，當(dāng)然在進(jìn)行效率和汽蝕性能改造的同時，不可忽略對離心泵可靠性方面的要求，總之通過我們的努力要獲得一款效率高、汽蝕性能好、運行可靠穩(wěn)定的好泵。 參考文獻(xiàn)1 關(guān)醒凡. 我國泵技術(shù)的發(fā)展和展望 . 通用機(jī)械. 2005.(9)2李龍等. 泵優(yōu)化設(shè)計國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 水泵技術(shù).2003.(2)3張國良等. 泵站cad系統(tǒng)中水泵造型優(yōu)化