矿用离心泵现场性能检测技术及应用

王京刚 宋龙波

(淄博市机电泵类产品质量检验研究院 山东淄博 255200)

1 前言

某铁矿一级排水泵房，现有5台长沙某水泵厂生产的SAP型单级双吸离心泵，规格型号24SAP-18D，额定流量3 240m3/h，扬程16 m，转速742 r/min，额定效率86.34%，轴功率163.61 kW。设备运行时间较长，且该泵房水源为矿井水，水质中含有大量泥沙，为了解设备现状，本文对该泵房中具有代表性的一台离心泵进行现场性能检测与分析。

2 离心泵节能检测依据

开展泵类(站)节能检测与分析的依据为已颁布实施的GB/T16666-2012泵类液体输送系统节能监测、SL548-2012泵站现场测试与安全检测规程、GB/T19762-2007清水离心泵能效限定值及节能评价值。流量、扬程、功率、效率的检测方法分别遵从GB/T3214、GB/T3216和GB/T13007。

3 离心泵节能检测的仪器设备

仪器设备的精度直接关系到测试的不确定度，按照标准的要求，选择符合精度要求的仪器设备，对于检测数据的准确性、可靠性具有决定性作用。选用的仪器设备见表1。

表1 节能检测仪器设备表

4 节能检测结果

按照流量、扬程、功率、效率的检测方法，对该台离心泵进行数据采集和水力性能分析，结果见图1、表2。

表2 结果计算表

5 节能分析

从检测结果可以看出，此泵运行的工作点严重偏离额定工作点及高效区，流量和扬程已达不到工作要求，根据离心泵的运行工作环境和使用情况，本文对该泵效率下降的原因进行了充分论证和分析。

5.1 离心泵的运行状况

该矿用离心泵已经运行9年，未进行过大修或更换部件；该泵房直接从矿井内取水，随着季节变化，低水位期时，离心泵的吸水水位偏低，且水中含大量泥沙；该泵运行时存在外部喘振和噪声现象。

5.2 离心泵效率低下原因分析

(1)汽蚀严重。如果液体中不含任何杂质，即使在压力很低时也不会发生汽蚀。但通常液体中总是含气体或固体，这些杂质成为汽蚀核子，在一定条件下诱发空穴情况。含砂水流由于水与砂的比重不同，砂粒运动轨迹与流线脱离，可能会加速汽蚀的发生。

(2)泵内部能量损失严重。由于泵经过长期运行，由于液体和泵的过流部件之间的摩擦而产生的能量会大量损失，主要包括液体和叶轮盖板表面及泵腔的摩擦损失、叶轮密封环间的容积损失、过流部分液体速度大小和方向改变引起的水力损失。打开泵壳后，发现叶轮局部表面出现斑痕、裂纹，甚至有些地方出现穿孔现象。

5.3 性能改进措施

倘若使该泵恢复到设计工况点的水力性能，可通过以下方式到达要求：

第一种方案：变速调节。根据现在的运行工况点和设计工况点，应用比例定律和“相似工况抛物线”法，确定泵的转速。

第二种方案：更换高效叶轮。(1)叶轮的设计采用三元流技术。通过三元流技术建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。通过这一方法，对叶轮流道分析可以做得最准确，反映流体的流场、压力分布也最接近实际。叶轮出口为射流和尾迹(漩涡)的流动特征，在设计计算中得以体现。因此，设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显着提高。(2)叶轮的制造采用采用普通Q235钢板压制成型焊接的离心泵叶轮，并采用抗磨蚀材料对叶片及过流表面进行喷涂处理，这样可以保证强度与刚度，具备足够的抗液体腐蚀和抗汽蚀性能。

5.4 效果对比

综合各方面因素，确认选择第二种方案：更换叶轮。详见图2、图3、表3。

表3 效果对比表

6 结论

矿用离心泵机组运行高能耗、低效率的因素主要是由于泵的效率低下导致的，利用精密的仪器和先进的检测技术，检测当前运行工况参数，分析存在高耗能、低效率的原因，准确找到设备与流体相匹配的最佳工况点，并提出最佳方案，通过消除泵的不利因素，提高流体输送效率，可以彻底解决低效、高耗的问题，达到最好的节能效果。