栗杰
(河北廣播電視臺(tái)器材購(gòu)置服務(wù)中心,河北 石家莊 050031)
水泵由于選型偏差會(huì)造成與管網(wǎng)特性不匹配繼而引起運(yùn)行效率低、能耗大的問(wèn)題。為擴(kuò)大離心泵的適用范圍使其工作在高效區(qū),通常會(huì)采取變速(加裝變頻器)調(diào)節(jié)和變徑(改變?nèi)~輪直徑)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到符合管網(wǎng)特性的目的。然而,無(wú)論采取哪種方法,水泵現(xiàn)有的揚(yáng)程、流量、功率都會(huì)發(fā)生改變并符合工況點(diǎn)來(lái)提高水泵效率。變頻變速調(diào)節(jié)提高水泵效率是一種較理想的節(jié)能措施,但由于存在設(shè)備造價(jià)高,改造投入大,設(shè)備維護(hù)難度大等因素我們暫不作討論。變徑調(diào)節(jié)的葉輪切削則是建立于大量感性實(shí)驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上的。其認(rèn)為如果葉輪的切削量控制在一定限度內(nèi)時(shí),則切削前后水泵相應(yīng)的自身效率可視為不變。但工況點(diǎn)的改變更適合管路阻力特性,使其整體效率得到提升。
切削限量與比轉(zhuǎn)數(shù)(ns)有關(guān)。
表1
由此表1我們不難看出,低、中比轉(zhuǎn)數(shù)的水泵在進(jìn)行葉輪切削時(shí),葉輪直徑的切削量控制在合理的區(qū)間,其效率的下降可以忽略。根據(jù)《泵與風(fēng)機(jī)》教材中相似理論在水泵中的應(yīng)用論述:“水泵在運(yùn)行中,當(dāng)轉(zhuǎn)速、葉輪尺寸及流體密度發(fā)生改變時(shí),根據(jù)相似關(guān)系,運(yùn)行性能參數(shù)及性能曲線的變換相似”。泵與風(fēng)機(jī)的相似定律反映了性能參數(shù)之間的關(guān)系。它們之間的流體力學(xué)性質(zhì)遵循力學(xué)相似原理。為了改善在用泵的性能,切削泵的葉輪,使葉輪直徑減小,以達(dá)到降低揚(yáng)程、接近管網(wǎng)阻力特性、降低功率和節(jié)能的目的?;谝陨蠋c(diǎn),若要確定切削量就要依據(jù)相似原理找出各參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即:低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵ns<60。
(Q'/Q)=(D'/D)2
(H'/H)=(D'/D)2
(P'/P)=(D'/D)4
中高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵:ns=60~120。
(Q'/Q)=(D'/D)
(H'/H)=(D'/D)2
(P'/P)=(D'/D)3
式中:Q、Q'為原泵流量和葉輪切削后泵的流量,m3/h;H、H'為原泵揚(yáng)程和葉輪切削后泵的揚(yáng)程,m;P、P'為原泵功率和葉輪切削后泵的功率,kW;D、D'為葉輪原直徑和切削后葉輪的直徑,mm。
計(jì)算值D'的修正:修正值(K)由比轉(zhuǎn)數(shù)(ns)確定。ns越小,K值取大。ns越大,K值取小。其關(guān)系見表2。
表2
比轉(zhuǎn)數(shù)的大小直接關(guān)系到切削方式的選擇。低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪切削時(shí),前后蓋板和葉片的切削量是相等的。中高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵葉輪切削時(shí),后蓋板的切削量大于前蓋板。
我局熱交換站內(nèi)原有3臺(tái)山東產(chǎn)臥式單級(jí)單吸清水離心泵用于辦公低區(qū)的中央空調(diào)采暖循環(huán)系統(tǒng)。其中2#泵因老化嚴(yán)重在局綜合業(yè)務(wù)樓啟用后進(jìn)行了配套改造,更換為上海連成產(chǎn)SLW150-400A型單級(jí)單吸清水離心泵。具體參數(shù)見表3、4。
表3
表4
經(jīng)過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn),2#循環(huán)泵的選型無(wú)論從流量、揚(yáng)程和配用的電機(jī)似乎符合系統(tǒng)的要求。然而,實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中2#循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)電流超過(guò)額定值的20%多。同時(shí)還伴隨著震動(dòng)、噪音和超過(guò)正常的溫升。重新分析數(shù)據(jù)可以看出輸出軸功率的差異正是影響其無(wú)法正常工作的主要原因。富裕的軸功率作用在系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)化成多余的流量,繼而加大電機(jī)的負(fù)荷。不但白白消耗電能,水泵的工況也極其不穩(wěn)定,隨時(shí)都有燒毀的危險(xiǎn)。找到問(wèn)題所在我們對(duì)癥下藥。利用以上數(shù)據(jù)我們可以算出:
2#泵比轉(zhuǎn)數(shù)=3.65·n·s?/h?,即ns=70。
式中:n為轉(zhuǎn)速,r/min;s為流量,l/s;h為揚(yáng)程,m。
如果套用相似理論,為保證中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理以及參考局綜合業(yè)務(wù)樓的管路特點(diǎn),在選用切削公式時(shí)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮揚(yáng)程。即:(H'/H)=(D'/D)2。
現(xiàn)熱交換站內(nèi)辦公區(qū)循環(huán)泵吸程壓力為0.15MPa,泵出口壓力0.6MPa。出口最近的熱交換器壓力為0.55MPa。我們可以認(rèn)為系統(tǒng)揚(yáng)程近似于吸程和熱交換器處的壓力之差0.4MPa,即40m。代入公式可得:
(40/44)=(D'/370)2 D'=352.98
K值修正:D'=352.98×0.96=338.86≈340mm;
切削量:370-340=30mm;
驗(yàn)證:(30/370)×100%=8.1%<20%;
在允許的切削范圍內(nèi)。
我們?cè)賮?lái)計(jì)算葉輪切削后對(duì)流量和功率的影響。
流量:(Q'/Q)=(D'/D)
(Q'/187)=(340/370)
Q'=171.84m3/h
流量較標(biāo)示值下降了15m3/h,實(shí)際下降的應(yīng)該更多,因?yàn)橐呀?jīng)在超流量運(yùn)行。
功耗也是我們這次技改重點(diǎn)解決的問(wèn)題。
(P'/P)=(D'/D)3
(P'/33820)=0.7759 I=69.055A
較之前的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)電流89A減少了20A。
按上述公式計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)應(yīng)該可以滿足現(xiàn)有系統(tǒng)的管道阻力特性。開始機(jī)加工,拆下葉輪確定切削位置,前后蓋板和葉片的切削量一致。上車床進(jìn)行車削加工,加工量D=30mm,進(jìn)刀量為r=15mm。加工完成后對(duì)葉輪進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn),安裝葉輪后試車正常,改造完成。
這次離心泵葉輪切削改造在2011年12月10日完成后,辦公區(qū)2#循環(huán)泵正常投入使用,實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)電流65A,泵出口壓力降為0.55MPa,噪音震動(dòng)明顯減小,流量值只能參考計(jì)算結(jié)果。節(jié)電效果改善明顯,經(jīng)計(jì)算一個(gè)采暖季單臺(tái)設(shè)備16h/天,運(yùn)行120天,節(jié)電19200kW/h,如按電價(jià)每度8角來(lái)計(jì)算,可節(jié)約電費(fèi)1萬(wàn)5千余元。改造成本計(jì)算,1個(gè)普通車工1個(gè)工時(shí)就可完成??梢哉f(shuō)改造做到了精確計(jì)算,并達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。
(1)水泵的選型并不是越大越好,應(yīng)充分考慮管路的結(jié)構(gòu)和布局特點(diǎn)。做到能效合理,物盡其用。
(2)改造工程雖然可以解決一些實(shí)際問(wèn)題,但并不是最理想的方案。
(3)流體的實(shí)際參數(shù)和計(jì)算結(jié)果有一定差距,在計(jì)算時(shí)盡可能收集全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)縮小差距。
(4)我局制冷站中央空調(diào)循環(huán)水泵同樣存在選型不合理的問(wèn)題,通過(guò)這次改造所積累的經(jīng)驗(yàn)可用于下一步制冷站的安全節(jié)能改造,繼續(xù)挖掘潛力、節(jié)能降耗,共筑節(jié)約型社會(huì)。