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        潛水軸流泵和立式軸流泵使用特點(diǎn)分析

        2018-07-12 21:12:25黃觀清
        水能經(jīng)濟(jì) 2018年7期

        【摘要】介紹了潛水軸流泵和立式軸流泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,分析比較了二者之間的使用性能特點(diǎn),總結(jié)了二者的適用工作環(huán)境。并且針對(duì)能耗問題做出了分析,提出優(yōu)化方法,最后對(duì)其未來發(fā)展提出了一系列建議。

        【關(guān)鍵詞】潛水軸流泵;立式軸流泵;性能特點(diǎn);節(jié)能優(yōu)化

        引言

        軸流泵屬于高比轉(zhuǎn)速水泵,其比轉(zhuǎn)速一般為500到1000之間,主要用來輸送流體。它的工作原理如下:依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)將吸入泵內(nèi)的流體進(jìn)行加壓,并沿著泵軸方向向出口推出,所形成的局部低壓便又將泵外的流體吸入到泵內(nèi),周而復(fù)始,便可以實(shí)現(xiàn)軸流泵的吸入和排出流體。

        1、潛水軸流泵和立式軸流泵概述

        軸流泵中使用最為廣泛的分別是潛水軸流泵和立式軸流泵,就國內(nèi)中小型軸流泵站而言,多是采用的立式軸流泵。但近年來潛水電機(jī)的發(fā)展迅猛,使得潛水軸流泵的技術(shù)越來越成熟,這也進(jìn)一步促使了潛水軸流泵的應(yīng)用范圍越來越廣,例如水利、防洪、市政等行業(yè)。

        但是潛水軸流泵和立式軸流泵二者之間的結(jié)構(gòu)特性存在一定差異,這就決定了二者不同的使用特性和適用工作環(huán)境。

        1.1 潛水軸流泵

        潛水軸流泵最早是從國外引進(jìn)來的,經(jīng)過我國科研人員和一線工程人員的不斷改進(jìn)和完善,目前其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。潛水軸流泵的最大特點(diǎn)就是將泵和潛水電機(jī)合為一體,組成一個(gè)一體化結(jié)構(gòu)。

        潛水電機(jī)主要包含轉(zhuǎn)子部件、定子部件以及附屬的端蓋、軸承、密封裝置等等。泵主要包含進(jìn)水口、葉輪部件、密封裝置和推力軸承。其中,葉輪部件是潛水軸流泵的核心部件,它的轉(zhuǎn)動(dòng)將流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能;推力軸承承受流體的軸向力,并對(duì)轉(zhuǎn)子起到支撐作用[4]。

        1.2 立式軸流泵

        立式軸流泵主要由喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉體、上下泵軸、出水彎管、填料函等部件組成。主要部件葉輪一般包含2~7片扭曲葉片,固定在泵軸上,而泵軸由泵體內(nèi)部的軸承進(jìn)行支撐。根據(jù)立式軸流泵的葉片是否可調(diào),又可以分為固定式和可調(diào)式[5]。

        2、使用性能特點(diǎn)分析

        2.1 使用技術(shù)性能比較

        (1)潛水軸流泵

        潛水軸流泵的結(jié)構(gòu)比較緊湊,它將泵和潛水電機(jī)做成一個(gè)整體,沒有立式軸流泵那樣的長(zhǎng)軸系和附屬傳動(dòng)裝置,因此體積較小、傳動(dòng)效率高;在緊急情況下,可以迅速完成安裝,并立即投入使用;由于潛水軸流泵的結(jié)構(gòu)特性和工作位置,其部分結(jié)構(gòu)可以采用水介質(zhì)作為潤(rùn)滑和冷卻裝置,不需要另外的潤(rùn)滑裝置和冷卻裝置,而且冷卻效果良好;由于泵和潛水電機(jī)是一個(gè)整體,因此只需要將其整體吊入并進(jìn)行對(duì)中安裝就行,不需要另外設(shè)置起重設(shè)備。

        (2)立式軸流泵

        立式軸流泵的主體是安置在地面上的,不像潛水軸流泵那樣完全沉沒在水底,因此可以通過肉眼觀察泵的運(yùn)行情況,并及時(shí)排除故障。

        2.2 使用經(jīng)濟(jì)性能比較

        (1)潛水軸流泵

        在占用場(chǎng)地上,潛水軸流泵的主體一般在水下工作,只有控制室一般設(shè)置在水面以上。因此一般采用露天放置,泵站的土建工程成本較低;在運(yùn)行維護(hù)管理上,由于其電機(jī)狀態(tài)顯示和保護(hù)裝置是集中在一起的,同時(shí)其運(yùn)行維護(hù)成本較低。泵室可以實(shí)現(xiàn)無人管理,同時(shí)控制室也可以實(shí)現(xiàn)少人值班甚至無人值班,進(jìn)一步降低成本;但是其電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,單機(jī)造價(jià)較高,且一旦出現(xiàn)了故障,維修費(fèi)用較高。

        (2)立式軸流泵

        相對(duì)于潛水軸流泵而言,立式軸流泵電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,對(duì)制造技術(shù)要求較低,因此造價(jià)較低,初始成本較低;而且后期維護(hù)成本也低,在泵出現(xiàn)故障時(shí),一般的維修人變便可以對(duì)其進(jìn)行維修,無需像潛水軸流泵那樣進(jìn)行返廠;潛水軸流泵的工作特性決定了其必須包含防水裝置,成本自然較高。而在一些對(duì)防水性能要求不高的地方,采用普通電機(jī)的立式軸流泵的經(jīng)濟(jì)性就凸顯出來了。

        3、適用工作場(chǎng)合

        3.1 潛水軸流泵

        (1)對(duì)體積、性能要求較高的地區(qū)

        在一些旅游景點(diǎn)或者高檔酒店等,為了保證周圍環(huán)境的協(xié)調(diào),符合城市建設(shè)規(guī)劃,通常對(duì)軸流泵的體積、性能要求較高,而對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求不高。而潛水軸流泵的優(yōu)點(diǎn)正好在于主體機(jī)構(gòu)集中在水下,地面上不占空間,盡管其單價(jià)高點(diǎn),但還是十分適合這類情況。

        (2)水庫、大壩等防洪區(qū)

        由于水庫、大壩這類防洪區(qū)的地理環(huán)境比較復(fù)雜,不適宜采用大量的土建工程。而且對(duì)于泵站的建設(shè),也需要將防洪因素考慮進(jìn)去。潛水軸流泵的電動(dòng)機(jī)是干式全封閉的三相異步電動(dòng)機(jī),自身就包含防水裝置,可以長(zhǎng)期在水下工作,而立式軸流泵需要另外設(shè)置防水裝置。因此,將潛水軸流泵放置于水下,而將控制室放置在岸上,既可以保證軸流泵的運(yùn)行,也可以減少防洪措施成本。

        (3)土質(zhì)松軟、普遍存在地基沉降的地區(qū)

        對(duì)于水泵機(jī)組的基礎(chǔ)部分因受地基下沉的影響,會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與水泵同心度偏差較大,需要經(jīng)常進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整,另外電動(dòng)機(jī)與水泵通過傳動(dòng)裝置連接,整根軸長(zhǎng)度較大而且連接環(huán)節(jié)較多,易造成整根軸撓度過大引起水泵振動(dòng)。

        3.2 立式軸流泵

        立式軸流泵的揚(yáng)程低、流量較大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)輸送介質(zhì)的要求不是很高,一般的雨水、河水甚至帶有物理、化學(xué)特性的流體都可以,主要適用于需要大規(guī)模的輸送水的工作環(huán)境例如農(nóng)業(yè)灌溉、市政給排水等等,以及潛水軸流泵所不適用的場(chǎng)合。

        4、能耗及優(yōu)化分析

        4.1 能耗產(chǎn)生原因

        (1)運(yùn)行能耗

        不管是潛水軸流泵還是立式軸流泵,其能耗產(chǎn)生的主要原因都是運(yùn)行摩擦,主要包含以下幾個(gè)方面:1)葉輪都是在水中旋轉(zhuǎn),此時(shí)葉輪會(huì)發(fā)生摩擦;2)泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),也會(huì)產(chǎn)生摩擦;3)水流吸入口流到排出口,其余部件之間的摩擦和漩渦摩擦。

        (2)安裝損耗

        在軸流泵安裝時(shí)候,如果安裝的高程不合理,或者是水管布置不合理,或者葉輪進(jìn)口處未加誘導(dǎo)輪等,都會(huì)導(dǎo)致軸流泵產(chǎn)生汽蝕,進(jìn)而導(dǎo)致能耗增加。

        (3)選型不合理

        造成軸流泵選型不合理的原因很多,其中最主要的是設(shè)計(jì)理論和方法不正確,以及軸流泵型號(hào)不匹配等,這些都會(huì)導(dǎo)致參數(shù)選擇不合理,最終導(dǎo)致軸流泵不能在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn),產(chǎn)生能耗損失。

        (4)維護(hù)管理不當(dāng)

        軸流泵在實(shí)際運(yùn)行過程中,如果沒有合理養(yǎng)護(hù),(下轉(zhuǎn)第頁)

        (上接第頁)

        例如葉片繞有雜物、葉片松動(dòng)導(dǎo)致調(diào)節(jié)角度改變、盤根填料壓得過緊、泵軸和水導(dǎo)軸承摩損等均消耗能量。

        4.2 節(jié)能優(yōu)化主要措施

        (1)設(shè)計(jì)角度

        隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的發(fā)展,采用fluent等有限元軟件對(duì)軸流泵進(jìn)行數(shù)值仿真,分析其流場(chǎng)以及磨損情況,并進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。而且,數(shù)值計(jì)算具有成本低、速度快等很多優(yōu)點(diǎn),能夠有效提高軸流泵效率,對(duì)于軸流泵的性能設(shè)計(jì)具有深遠(yuǎn)影響。

        (2)運(yùn)行檢修角度

        葉輪的腐蝕和磨損是導(dǎo)致?lián)p耗增多的一大因素。由于葉輪和葉片長(zhǎng)期工作在水流中,其工況復(fù)雜,存在高低壓區(qū),導(dǎo)致磨損嚴(yán)重。如果所運(yùn)輸?shù)牧黧w具有物理化學(xué)性質(zhì),會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)葉片和葉輪的腐蝕。因此,要做好葉片和葉輪的檢修,定期觀察二者在外形上是否有結(jié)構(gòu)損傷,葉片厚度是否異常磨損等的;同時(shí),在檢修過程中應(yīng)當(dāng)注意葉片與葉輪之間的刻度線要對(duì)齊。

        5、軸流泵未來發(fā)展趨勢(shì)

        5.1新型材料的應(yīng)用

        軸流泵的性能受到材料的影響很大,不同材料對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)度也不相同。目前來說,軸流泵的材料比較單一,可選擇面較窄,很難適應(yīng)軸流泵的復(fù)雜工況。因此,借助于新材料技術(shù)的迅猛發(fā)展,將不銹鋼和高密度聚乙烯等材料應(yīng)用到軸流泵上,具有很重要的意義。

        5.2 狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

        為了提高軸流泵的工作穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)水平,及時(shí)排除故障,除了對(duì)軸流泵定期檢查以外,還可以采用狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)。通過狀態(tài)檢測(cè)技術(shù),可以實(shí)時(shí)觀察到軸流泵的運(yùn)行狀態(tài),不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常所在,并采取相關(guān)措施以排除故障;還可以通過最近一段時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),通過大數(shù)據(jù)分析,對(duì)軸流泵未來一段時(shí)間的健康狀態(tài)做出預(yù)判,體檢采取預(yù)防措施,最大程度上減少經(jīng)濟(jì)損失。

        6、結(jié)束語

        潛水軸流泵和立式軸流泵在我國水利、市政等行業(yè)應(yīng)用廣泛,但是二者的自身結(jié)構(gòu)決定了其使用特點(diǎn)不同。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中,一定要綜合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合,合理、恰當(dāng)?shù)倪x用軸流泵。同時(shí),為了提高軸流泵的性能和適用性,采用新材料技術(shù)和狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)是其主要發(fā)展趨勢(shì)。

        參考文獻(xiàn):

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        [2] 張炳亮, 顧曉亮. 潛水軸流泵和立式軸流泵使用特點(diǎn)分析[J]. 科技信息, 2012(19):151-151.

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        作者簡(jiǎn)介:黃觀清(1975.01--);男,安徽省廬江縣,本科,畢業(yè)于大連理工大學(xué);現(xiàn)有職稱:中級(jí)工程師;研究方向:機(jī)電排灌。

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