采暖水泵叶轮切削的实际应用

采暖水泵叶轮切削的实际应用

李慧

（吉林石化公司  吉林省吉林市）

一、概述

针对采暖水泵运行中超出额定功率，泵电机过热跳闸保护问题，利用叶轮切削调节水泵的运行工况，改变水泵的运行效率。结果表明，该方法可有效改善水泵的运行效率，满足实际生产需求。但叶轮切削有一定的引用范围，需要全面考虑叶轮的切削量，保证水泵的稳定运行。

二、实际应用

1  设备概述

供暖水泵共有四台，位号：P101AB、P102AB。

P101AB设备参数：型号KNT-100-200，离心式，扬程50m，流量100m³/h，电机转速2940rpm，电机功率22kw，轴功率17.82kw。

P102AB设备参数：型号KNT-65-200，离心式，扬程50m，流量25m³/h，电机转速2900rpm，电机功率7.5kw，轴功率6.075kw。

2  使用工况

四台供暖水泵并联管网，冬季供暖期根据气温变化进行投用。气温较高时，投用P101AB中一台；气温较低时，为保障供暖水量，投用P101AB和P102AB各一台，进行两开两备。

3  故障描述

供暖水泵P101单独投用时，机泵运行正常。在P101水泵和P102水泵同时投用时，P101水泵运转正常，P102水泵出口阀门开启四分之一时，水泵短时间内电机升温较快，电机过流跳闸保护。

4  故障排查

4.1  电机排查

对P102水泵电机进行拆检，电机绕组间和绕组对地绝缘良好；扳动电机转轴，转子能自由转动，无杂音发生，轴承工况较好润滑正常；电机中保检查，参数设置正常，线路正常无虚接触点。

4.2  传动机构排查

4.2.1  泵轴排查

采暖水泵为立式管道泵，电机轴即为泵轴，转动泵轴运转良好，无明显摩擦阻滞感，同轴度在正常范围内。

4.2.2  机械密封排查

机械密封通过拆检，密封面贴合良好，无明显划痕，机械密封弹簧受力适中，回弹良好，整体结构无损坏。

4.2.3  叶轮排查

拆检P102叶轮发现，叶轮盖板及叶片流道均存在冲刷腐蚀，叶轮盖板表面腐蚀无光泽，叶片流道因冲刷腐蚀变宽。

5  故障分析

通过对水泵各部件进行排查，发现水泵叶轮冲刷腐蚀是机泵跳闸保护的主要原因。叶轮是水泵重要做功部件，通过叶轮的高速旋转，不断的将电机的机械能转化为热水的静压能和动能。依据泵功率计算公式，W=Q*g*H/（3.6*η），W=功率；Q=流量；g=重力加速度；H=扬程；η=效率。本次水泵故障排查，水泵叶轮流道宽度受冲刷腐蚀影响有所增加，因流量与叶轮的流道宽度成正比，功率与泵的流量成正比，叶轮流道的增加直接导致水泵功率上升超出额定功率，电机跳闸保护。

6  故障处理

6.1  确立方案

因处于冬季供暖期，新叶轮加工周期较长，为保障整个装置供暖需求，决定对叶轮进行切削处理。通过改变叶轮直径，降低叶轮扬程、流量参数，从而达到降低水泵功率，保障设备正常运行。

6.2  切削量计算

6.2.1  水泵性能曲线

因水泵投用年限较长，原始设备基础参数缺失，水泵原始性能曲线无法调取，不能提供出水泵最佳工况点的范围和一些参数的选取。只能通过已知水泵的数据参数进行计算和经验判断。

6.2.2  比转速

叶轮切削限量与泵比转速有关，切削量要存在一个合理的范围，首先要确定泵的比转速，这里采用我国的计算公式：

ns=3.65*n*Q½/H¾，ns=比转速；n=泵转速；Q=流量；H=扬程。

通过计算ns=46.89r/min，表1为水泵叶轮常用切削限量。

表1水泵叶轮常用切削限量

可以看出水泵叶轮最大允许切削值为20%，在实际生产操作中，水泵运行要保持足够的流量和扬程来维持泵的稳定运行，在允许切削范围内，要选取合适的切削量。

6.2.3  叶轮直径变化与扬程、轴功率关系

H/H1=D²/D1²，H=叶轮切削前扬程；H1=叶轮切削后扬程；D=叶轮切削前直径；D1=叶轮切削后直径。

Pa/Pa1=D³/D1³，Pa=叶轮切削前轴功率；Pa1=叶轮切削后轴功率；D=叶轮切削前直径；D1=叶轮切削后直径。

可见扬程变化与叶轮直径平方成正比，轴功率与叶轮直径立方成正比，切削叶轮直径能有效降低水泵功率，解决水泵超功率跳闸问题。

通过计算可以得出，叶轮切削后扬程、轴功率变化。

6.2.4  叶轮宽度变化与流量、轴功率关系

叶轮直径的减少，也会导致叶轮流道宽度的增加，叶轮流道宽度与流量成正比，宽度增加流量相应变大，轴功率上升。但在叶轮直径少量切削时，叶轮流道宽度基本不变，对流量、轴功率的影响非常微小，故暂不考虑叶轮出口宽度对水泵功率的影响。

6.3  切削量的选取

根据冬季采暖实际需求，采暖供水主要依靠P101水泵完成，P102水泵起辅助补充作用，依据水泵相似定律，在供水管网泵出口端，P102水泵出口压力与P101水泵出口压力一致或少量偏差。P101水泵实际运转中，水泵出口端压力值在0.4~0.45MPa间，因此在选取P102水泵叶轮切削量时，我们要保持水泵扬程在45米以上，故P102水泵叶轮最大切削量为5%。

6.4  水泵投用

依据现场使用工况，对P102水泵叶轮直径切削5%。水泵检修回装后，P102和P101共同投用供暖系统运行，目前P102水泵连续运行一个月，水泵各项性能参数运转正常。

三、经验总结

在实际生产中，机泵长时间偏离高效区间运行，造成电能浪费、设备损坏的案例很是常见。产生这种故障的因素有很多，比如设计选型不匹配、生产工况的改变、设备老旧腐蚀等等。通过对机泵叶轮的切削改造，使机泵重新在高效区间运行，能够有效地解决机泵故障，达到安全生产和节能降耗目的。

参考文献

[1] 刘震. 水泵叶轮切削在节能降耗中的应用[J]. 产业经济，2021.

[2] 张小静. 叶轮切削技术在离心循环水泵节能改造中的应用[J]. 工程地质学，2024.

[3] 曾挺基. 电机水泵节能降耗的应用方案[J]. 系统科学，2019.

[4] 马伏海. 水泵电机节能降耗方法研究[J]. 电力系统及自动化，2021.

作者简介：李慧，男，1982年2月，单位：吉林石化公司，三级工程师，研究方向：设备管理。