偏离设计工况的离心泵叶轮改造计算.pdf

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1、170化工机械2010正偏离设计工况的离心泵叶轮改造计算郝娇奉(辽宁石油化工大学)林长健(沈阳煤气总公司)孙玉兰(辽宁石油化工大学)摘要针对石油化工行业中使用的离心泵常在偏离设计工况下运行的特点，论述了离心泵改造的传统方法，在此基础上，提出了利用改变叶轮外径和叶片包角的方法对叶轮进行重新设计的方案，并给出了叶轮外径的初步计算方法、模拟分析方法。关键词离心泵偏离设计工况叶轮改造计算中图分类号TQ051．21文献标识码A文章编号0254-6094(2010)02-0170-04离心泵在石油化工企业中

2、应用非常广泛，并且消耗的能量非常大，据国家有关数据，离心泵每年的耗电量占总发电量的30％以上。而其中大多数离心泵的工作效率都比较低，从总体上看，其工作效率仅仅在50％左右，因此节能占有突出的地位。导致离心泵工作效率低的主要原因是大部分离心泵都长期工作在非设计工况下，而其叶轮是影响离心泵性能的重要部件，笔者通过对叶轮外径、包角的重新设计，降低了在操作工况下的能耗，为节约能源的离心泵改造奠定基础。1离心泵的叶轮改造方法传统的离心泵优化方法包括变速调节、变径调节、变阀调节、变角调节及分流调节⋯。当转速

3、不可改变时，最普遍采用的方法是切割叶轮外径，然而切割叶轮外径会引起泵的效率下降，其切割量与比转数有着密切的关系。当切割叶轮外径无法达到节能的效果时，可以重新设计叶轮，以最小的成本达到节能的目的。2离心泵叶轮改造计算2．1举例分析以150AYR1I-75B离心泵旧1叶轮为例，该泵原设计工况点为：体积流量q。=220m3／h，扬程日哦=75m，效率叼一=78％。叶轮原始数据为：叶轮吸入口直径Do=140mm，叶片入口直径D，=112ram，叶片人口宽度6。=46mm，叶片入口安装角届．．=250，叶

4、轮外径D2=270mm，经过两次切割外径降至210mm，叶轮出口宽度b：=22mm，叶片数Z=4，叶片出El安装角伤．=200。现变工况到：Q=162．5m’／h，日=35m，r／=73％。此处采用其它参数不变，仅减小叶轮外径的方法来设计。根据性能曲线图及性能表，外径在200～210mm之间较为合适，此时由于流动损失增加，水利效率仉下降，导致总效率叼有所下降，取田=73％。原来正常工作时，调节阀开度只有16％，说明机泵提供的压力过高，而大部分能量都消耗在阀门上，现预调大阀门开度，唯一的办法就是使

5、H-Q性能曲线降低，而D：是影响H的最主要参数，如图1所示。·郝娇，女，1982年8月生，讲师。辽宁省抚顺市，113001。图l切割叶轮外径后的性能曲线变化趋势第37卷第2期化工机械17l根据切割量和比转数的关系表¨J，减小D：的量已经超出了它的切割范围，所以必须重新设计叶轮，使它的D：变小。重新设计时，叶轮的其它参数不变，只改变叶轮的外径和包角。2．2确定叶轮外径及绘图叶轮的设计主要有两种方法【3』，一种是相似设计法，另一种是速度系数法。由于本研究中不改变其装配尺寸，所以选用速度系数法进行计算

6、。取D2=200mm订D2rt3．14x0．2×2950M221矿2取心=0．92=30．88m／sC2u-2Ⅱ2一—,tr—DY2b一27"2coCh^瑚蹈一面意‰一=21．12m／s％。=鳖=幽鬻业=66．489981m』T∞一一．一u1根据普弗捷来尔公式：沙=(0．55～0．68)+0．6sin归2=0．9则P=2业丢ori—rl-2×0丁．9×西是‰_o．65HT--急=篙急=40．29m此处取泵设计效率为田=0．73，取机械效率叩。=O．80，根据比转数取容积效率为仇=0．97，可得水

7、力效率饥=0．94。H=nTnb=40．29x0．94=37．87m最终确定D：=200mm。由于该叶轮是扭曲叶片型叶轮，所以用保角变换法绘制其木模图H]，在绘制过程中把叶片包角由原来的1800减至100。，包角减小可略微降低扬程【5J。重新设计的叶轮木模图如图2所示。3模拟分析3．1叶轮建模利用三维建模软件Pro／E对改进后的叶轮进行三维建模。将叶轮分为前盖板、后盖板和叶片3个部分，画出3个部分实体后，利用Pro／E中的装配功能对三维叶轮进行组装，然后再建立流道模型(图3)[6,71。料一嬉罗

8、。渊、、《p＼q、Ⅵ、、J图2改进后的叶轮叶片的平面投影图图3叶轮单流道三维实体3．2速度场和压力场分析本文针对流道内速度分布和压力分布进行分析，流量和压力参数的设定都是取操作工况下的流量和压力，流体采用常温水。把Gambit生成的网格导入到FLUENT里进行流场计算。计算中，采用三维定常湍流计算方法。对控制方程的离散采用如下格式：动量、湍动能和湍流扩散率系数项采用二阶迎风格式，压强项采用标准格式，压力速度耦合方法选用SIMPLE算法[4t8J。边界条件：入口设置为velocityinlet，设