目录导读
塑料离心泵的现状
为何提 升塑料离心泵效率?
节约能耗8~20%是怎么计算出来的?
塑料离 心泵泵效率低的原因及改进的方法
第一大因素:叶轮叶 片的叶型及叶轮型式
第二大因素:塑料的热膨胀系数
第三大因素:"三多"现象
改良前 后泵的性能试验报告对比
相关能 提升效率的泵品种
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改良创 新提升泵效率的报告
——宙斯泵 业如何提升塑料离心泵效率、节能8~20%的过程

  宙斯泵 业是生产衬塑型、全塑型 防腐离心泵的专业生产厂家,年生产防腐泵3万台左右。公司生 产的塑料离心泵、清液泵,在国内 在岗位运行的数量有几十万台,但一直 与其它防腐塑料泵一样,存在着 泵效率不高的问题。相同规格、相同性 能参数前提下的塑料泵与金属泵相比较,一般泵效率要低5~15%左右,电能要多消耗10~25%左右。塑料离 心泵效率低已成为目前市场的共识。但因为 塑料离心泵有优良的防腐性能、极好的耐磨性能(超高分子量聚乙烯)、价格经济等因素,还是被人们所接受。再则也 无其它更优良的泵种可选,只能被 迫选用这种效率不佳的衬塑型、全塑型防腐泵。

  因为使 用塑料防腐耐磨泵用户比使用金属泵的用户要增加惊人的电力消耗。

  以宙斯 泵业本公司为例,最近三 年配套销售电机115万千瓦左右时,假设所 销售泵平均每年每台运行100天,节电15%(保守估计)计算,节约的电能为:115万千瓦×100天×24小时×15%=4.14亿度电(千瓦时),按每度电1元计算,就会为用户节约4.14亿元/年。该数据 仅为宙斯泵业三年内销售的泵,还不包 括用户自备电机在内,为用户 使用成本的节省十分明显。因此,通过技术创新,提升塑 料泵的效率是迫在眉睫的,同时它 也成为宙斯泵业近年来的战略目标。

  是把改 良前的同型泵的效率与改良后效率提升的幅度,折算出 效率提升的百分比,来计算节能效果的。以150UHB-ZK-150-40衬塑型 耐腐耐磨泵为例,改良前泵的效率为50%,改良后泵的效率达到59.5%。计算时 假设原来效率的50%为基础计为100%,那么改良后的59.5%效率就 是在原来基础上提升了19%。效率提升了,功耗相对下降了,因此该泵能节省能耗19%左右。该型泵标配电机为45kW,每天耗电1080度,节约19%的话每天节电205度,运行100天从理 论上说就能节约20500度电。

  要提升 塑料离心泵的效率,首先要 从为什么塑料离心泵效率低上找原因。公司组 织相关工程技术人员进行了系统分析,认定了 可能会影响塑料离心泵效率的有三大因素并进行了针对性改良。

  第一大因素:叶轮叶 片的叶型及叶轮型式

  塑料离 心泵的叶轮叶片与金属叶轮相比,有一定差距,达不到 金属叶轮的扭曲度,叶型不完美,不符合 高效率叶轮的要求,尤其是 大型号的塑料泵更是如此。其主要 原因是塑料叶轮的成型工艺所决定。因为塑 料叶轮是热塑模压成型,叶轮叶片扭曲度过大,模芯从 钢模中脱不出来,因此为 了方便成型加工塑料叶轮的叶片及其模具的局限性,大多数 叶轮只能采用半开式型式。

塑料叶
轮与金属叶轮对比图

  采用半 开式叶轮的后果是什么呢?

  半开式 叶轮的叶片与泵盖之间的返流大、容积效率低,该因素 大约对泵的效率影响在2~5%左右(根据泵 输送压力不同而不同)。例如输送压力在0.1~0.3MPa之间,效率影响就只有2~3%;而输送压力超过0.3MPa的单级塑料离心泵,效率影响就有3~5%,有时甚至会达到8%左右。

塑料叶轮返流示意图

  针对这 一因素要如何解决,一直是 困扰公司技术人员的难题。经过长时间琢磨,多种方法的试验,找到了 一个解决问题的方案,即在塑 料开式叶轮上加一个多台阶口环,就能达 到提升叶轮效率的目的。

  其原理有三:塑料叶轮返流示意图

  一、加了口环以后,增加了 叶片的可支撑强度,进而能 使开式叶轮的叶片内冲角减薄、倾斜呈 符合高效叶轮叶型形态,减少叶 轮叶片内冲角的截面积,进而减 少流体的阻力面积,提升泵的效率;

  二、增加口环后,泵壳与 口环之间的间隙易于掌控,泵腔内 出口向进口返流的流体得到有效隔断,高压区 向低压区的流体返流减少,因而泵 的容积效率提升;

  三、加了口环之后,叶轮的 叶片介于闭式叶轮与开式叶轮之间,叶轮成型脱模方便,因此可 以制作叶轮叶片扭曲度好、又能脱模的塑料叶轮,改善了 叶轮叶片的扭曲度,提升了泵的水力性能。

  通过上 述改良所产生的综合效果,提升了泵的效率2~8%,其中小 型塑料泵提升效率会少些,大型塑 料泵提升效率多些。

  此项改 良创新公司也申请和批准了一批专利:ZL201520720055.X、ZL201520720039.0、ZL201530392942.4、ZL201530393242.7、ZL201530392944.3、ZL201530393136.9、ZL201530431891.1、ZL201530431764.1、ZL201530432038.1。

  第二大因素:塑料的热膨胀系数

  塑料的 热膨胀系数比金属大近10倍,在不同 温度工况下工作,会致使叶轮、泵壳局部收缩、膨胀、变形,进而影响叶轮、泵壳、泵盖之间的间隙,再进而 影响泵的容积效率,导致泵的效率下降,我们估 计该因素有可能降低效率2~3%。

普通口
环与斜口环返流示意图

  针对这 一因素的解决方法难以寻求,因为塑料的热变形性、膨胀性、可塑性无法改变。但是经多次改良、试验,发现在 泵盖与叶轮口环设置V型返流斜面(专利<申请>号:201621271230.2),使泵腔 中高压区向泵吸入口返流的流体,向泵吸入口顺向返流,由原来 反流流体与泵吸入口流体的流向呈90°角,改良为45°角以内,使返流 流体对吸入口流体的作用的逆向冲击转化为顺向助推,通过改 进后相对减少了流体的流阻,增加了 吸入口流体的推力,提升了泵的效率。经试验,该项技 术可以使塑料离心泵提升0.5~1%的效率。

  第三大因素:"三多"现象

  在改良试验过程中,发现塑 料叶轮在运行时,产生的 蜗流比金属叶轮更多,我们通过试验、观察:发现所 有塑料叶轮在泵腔里运行时,出现蜗流区多、缓流区多、逆流区多的"三多"现象,这就使 我们产生了这样的怀疑:为什么会产生这种"三多"现象,它是否 也是影响泵的效率因素呢?

  "三多"现象是如何形成的?

  通过多次试验,发现为 了增加塑料叶轮叶片的机械强度,增厚了 塑料叶轮叶片的厚度后,导致了 叶轮叶片的尾角延长,叶轮叶片尾角的延长,又导致 了塑料叶轮叶片内弯增大,叶轮叶 片内弯的增大导致内弯处的流体压力降低,形成了 一个相对的流体低压区,与其它 区域的流体压差增大,这种压 差致使了局部蜗流的产生,局部蜗流的展延、运动,又产生了局部的逆流,增加了 泵腔内流体的流阻,降低了泵的效率。

  进而又 发现缩短塑料叶轮叶片的尾叶,能有效降低这种"三多"现象,但是要 减少叶片的尾叶,就要减 薄塑料叶轮叶片的厚度,而减少 到同金属叶轮叶片厚度的同等水平,塑料叶 轮叶片的机械强度就不行了,塑料叶轮叶片薄,在70℃以上的工况下运行,叶片就会变形,耐磨性就会下降,使用寿命就会缩短,这就产生了两难选择:要么加 厚叶轮叶片延长使用寿命,以产生蜗流、逆流,降低泵效率为代价。要么减薄叶片、提升泵效率,以缩短 叶轮使用寿命为代价。要达到使用寿命,运行效 率兼顾是两难选择。

改良前
后液体在泵腔的示意图

  通过多次假设、多次选择、多次试验,终于找 到了一个二者兼顾的办法:即在塑 料叶片的尾部设置导流斜角,达到既 不减薄叶轮叶片厚度、不影响叶轮强度、不影响 叶轮的耐磨使用寿命,又减少蜗流、逆流、缓流区的效果。

改良前
后叶轮叶片形态图对比

改良前
后叶轮外形图对比

  经过试验,证明了 通过上述改良可以提升塑料泵效率1~3%左右,取得了极理想的效果,为确保 此项发明的权益,公司申请了多项专利,专利号(申请号):201621271257.1、201621271232.1、201611049786.1、201630599935.6、201630599934.1、201630599936.0、201630599922.9、201630599927.1。

  至此,宙斯泵 通过了上述三个方面的改良,能为塑料离心泵,尤其是全塑型、衬塑型 耐腐耐磨泵提升效率5~15%左右,为塑料 防腐耐磨泵提升效率找到了一条新路。估计能 为广大耐腐耐磨的用户节省能源消耗10~25%左右,节约运行费用近20%左右,切切实 实为用户带来了实惠。

  上述技术改良的产品,因牵涉到模具的开制、设备的改良等因素,估计能在2017年内陆续供应市场,我们会加速推进,尽快把 改良后的高效率泵供应市场,同时我 们也计划分批对原有客户已在使用的塑料离心泵进行改造(当然应 在客户自愿的基础上)。最大程 度地使大家共享上述创造发明白的成果。

改良前的测试数据

改良后的测试数据

  如前二图所示,250UHB系列泵的叶轮,经改良后,机组最 高效率从原来的55%提升到66%左右,可以为用户节约20%左右的能耗!

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