离心泵叶轮切割方法的应用

离心泵叶轮切割方法的应用
摘要：离心泵使用过程中，由于泵选型不当或工艺发生改变，导致泵的扬程偏大，扬程富
余太多，泵出口阀门开度非常小，节流损失大，排量受到限制，造成工况不稳，调节困难，
轴承振动大，机械密封泄漏次数增多。

为使泵满足现场工艺要求，可采用切割叶轮的方法
进行调整，离心泵采用切割叶轮的方法，可以改变泵的性能参数，解决泵的匹配性。

适当
减小叶轮外径，在转速不变的条件下降低泵的流量、扬程和功率，改变泵的性能参数，从
而使泵在适当流量下使用，有利于降低检修率及起到节能效果。

关键词：离心泵；叶轮切割；机械性能曲线
0 引言
某炼厂硫磺收回装置半贫液泵为单级离心泵，泵的设计出口压力为0.7MPa，但运行压力为1.0MPa，实际泵出口压力5kg/cm2即可满足要求，设计流量Q=222m3/h，实际200 m3/h 即可满足要求。

但该泵平时运行流量为80 m3/h，由于达不到泵的最小稳定连续流量要求，造成泵运行状态恶化，主要表现为：泵出口阀卡量过小，泵振动过大，密封泄漏频繁，造成能耗浪费等。

为了优化操作，消除设备隐患，节能降耗，需针对该情况增变频电机或者进行叶轮切割。

1、叶轮切割计算
1.1、设计条件工作与实际条件工况的对比
泵的设计条件和性能参数
设计运行参数设计性能参数
流量Q＝222 m3/h 扬程H＝60m
温度T＝119℃叶轮直径D＝460mm
出口压力P
＝0.7MPa 效率η＝72％
出
＝0.3MPa 功率N＝50.38KW
入口压力P
入
介质密度ρ＝961kg/m3泵转速n＝2950r/min
泵实际的运行的条件和性能参数
实际运行参数实际性能参数
流量Q＝80 m3/h 扬程H＝60m
温度T＝119℃叶轮直径D＝460mm
＝1.0MPa 效率η＝72％
出口压力P
出
入口压力P
＝0.3MPa 功率N＝50.38KW
入
介质密度ρ＝961kg/m3泵转速n＝2950r/min
由此参数可以看出，变化最大的为流量和入口压力，流量的偏低导致泵实际运行工况的改
变。

2、计算
泵叶轮切割后的性能(或叶轮的切割量) 的计算通常用大家所熟知的切割定律式来计算如下式
''Q D Q D = 或 ''
Q D D Q = （1）
''2()
H D H D = 或
'
D = （2） ''3()
N D N D = 或
'
D = （3） 式中Q 、H 、N 、D 分别为叶轮切割前泵的流量、扬程、功率、叶轮外径；Q'、H'、N'、D'分别为叶轮切割后的流量、扬程、功率、叶轮外径。

2.1 比转速n s 的计算
1/21/2
3/43/4
(222/3600)3.65 3.65295012460s Q n n rpm H ==⨯⨯=
表-1 叶轮切割量与比转速的关系
n s (D-D')/D 效率下降值
n s (D-D')/D 效率下降值
n s (D-D')/D 效率下降值
≤60 20% 每切割
10%，效率下降
0.9%
120~200 11% 每切割4%，效率
下降1% 250~350
7%
无
60~120 15%
200~250
9%
350~450
5%
对于比转速在120～200之间的泵，叶轮最大切割量为11％，即： D min =460×(100-11)%=410mm
验证D ＝410mm 验证流量是否满足要求。

根据切割定律
''Q D Q D = 即 '410222460Q =
Q'＝198 m 3/h
根据装置开停工时的该泵的最大流量为200 m 3/h ，因此，不能满足工艺负荷的生产要求，必须按流量来进行切割计算。

2.2 根据流量的切割计算
根据切割定律
''Q D Q D = 即 '200222460D =
'D ＝414mm
验证泵出口压力是否满足要求 根据切割定律
''2
()H D H D = 即 '2414()
60
460H = 'H ＝48.6m 由于原型泵的比转数为124，按表-1的要求核算切割率
(D- D`)/D ＝(460-414)/460＝10％，小于11％，故满足切割量要求。

2.2.1 泵出口压力核算
P=Hγ＝48.6×100×961×10-6＝4.67kg/cm 2 P 出=P+ P 入＝4.67+0.3×10＝7.67 kg/cm 2
泵的出口大于5 kg/cm 2，仍有较大余量，故满足工艺生产要求。

2.3 机械性能曲线的变化及相似工况点的确定
根据式（1）、（2）导出：''2(/)H H Q Q =，令 ''2
/K H Q ==常数，则
'2H KQ = （4）
根据（4）式确定K 值：
''2/K H Q ==48.6/2002=0.001215
为了得到切割抛物线方程的曲线，根据上述计算的K 值的结果对不同流量取值，并计算出
曲线上相应的量程值H ，则根据'2H KQ =，见表-2
表-2 相似曲线方程数据表
Q(m 3/h) H(m) Q(m 3/h) H(m) Q(m 3/h) H(m) Q(m 3/h) H(m) 200
48.6
208 52.6 216 56.7 224 60.9 204 50.6
212
54.6
220
58.8
228
63.2
方程（4）为切割抛物线方程，即相似曲线方程，如图-1所示，绘制出抛物线方程与原型泵的Q-H 曲线，可以看出两者相交于B （Q 、H ）点，则B 点为A 点的相似工况点，A 点为实际切割后的工况点。

现场测试切割后泵的流量、压力，根据2.2.1出口压力核算公式，计算扬程如表-3
表-3 泵叶轮切割后实测数据表
实测点Q（m/h）P(kg/cm) H(m)
a 120 8.47 57
b 160 8.09 53
c 200 7.64 48.3
d 240 7.04 42.1
在图内画出切割叶轮后Q-H曲线以虚线表示，发现该性能曲线近似经过A点，现场测试值与理论值较为接近，所以本次叶轮改造是成功的。

2.4 叶轮切割后的机械效率
根据表-1计算泵的效率：(460-414)/460=0.1，故效率下降2.5%，现泵的效率为72％-2.5％＝69.5％
2.5 能量计算
该泵叶轮切割前正常运行时电流为75A，切割投用后正常运行时电流为62A，按电流下降75-62＝13A计算，该泵每年节约电380×13×24×365/1000＝43274.4kw/h，按工厂用电每度电0.946元计算，每年可节省40937.6元。

3、结论
本文以满足装置需求工况及泵实际运行工况相结合，对叶轮进行叶轮切割，叶轮切割后泵的Q-H特性曲线及离心泵进行现场测试，满足现场生产要求。

采样叶轮切割的方法，降低了泵的扬程，避免泵因流量过小引起抽空、振动大、机械密封泄漏频繁等，同时又节约了能耗。

参考文献
[1]孟繁华,郝连俭,郝旭林.离心泵叶轮外径切割方法的探讨[J].机械管理开发,2002,(3):21-22
[2]蔡礼权.IS50-32-200型离心泵叶轮切割研究[J].陕西科技大学学报，2009,27(4):93-96。