水泵性能（共6篇）
水泵性能 篇1
水泵作为一种转动机械, 泵轴与泵壳之间必然留有间隙, 为了防止液体流出泵外或空气漏入泵内 (入口为真空情况) , 一般在轴与泵壳之间设有轴密封装置, 通常有填料密封、机械密封等。
1 填料密封在离心泵机组中的应用现状
1.1 浮船工艺及机组主要参数
马钢第二能源总厂浮船泵站设计形式为水上式取水泵站, 取水工艺如下图1所示, 其主要是将长江源水提升至净水站区进行处理, 作为一级泵站进行供水。水泵采用的是上海凯士比生产的离心式水泵, 其性能参数见表1。
1.2 水泵存在的主要问题
刚投产时水泵最大流量能到达到5200 m3/h以上, 运行一年后四台水泵先后出现流量下降无法达到额定流量的现象, 主要原因是填料处进气严重, 导致机组吸水性能下降, 对填料漏气进行处理时, 一般采用压紧压盖或者更换盘根, 这种方法起初能起到一定作用, 但运行一个班次后问题又会出现, 严重时正常流量只能维持一两个小时, 严重影响到生产的安全稳定。
2 原因分析
2.1 填料冷却水水质的影响
水泵设计运行时, 采用的是利用自身提升水作为填料的冷却水, 由于水中含有较多的泥沙等杂质, 导致杂质附着在填料或泵轴套上, 随着泵轴高速运转和泵的运行时间增长, 造成填料、泵轴套磨损严重, 尤其是泵轴套与填料的接触面逐渐出现深浅不等沟状凹槽现象, 即使更换新的填料, 由于泵轴套的磨损, 填料与泵轴套、填料盒的缝隙也较大, 导致密封效果不好, 进气量较大, 使水泵吸水性能下降。
2.2 水泵平衡孔的影响
水泵填料盒上在设计时有一圆形平衡孔, 如下图1所示, 这种结构的离心泵主要使用在自灌式排气方式上, 即汲水水面高度高于水泵排气管水平中心, 由于进入填料盒的水量、水压相对较大, 为避免外填料处大量滴水, 通过平衡孔散发出部分水量, 而浮船泵站水泵采用的是水上式抽真空的方式进行水力提升, 填料冷却水水管管径只有6 mm, 进入到填料中的水量很少, 同时由于叶轮进口区为低压区, 冷却水经水封环后全部流到泵内, 造成外填料只有少量水或无水对其润滑冷却, 使填料与泵轴套磨损严重, 导致随着运行时间增加, 泵轴套磨损严重, 填料与泵轴套的缝隙增加, 进气严重, 使吸水性能下降。
3 改进措施
3.1 用清水密封取代污水密封
由于水泵提升水中泥沙等悬浮物杂质浓度高, 对填料和泵轴套影响大, 改用工业净水作为填料冷却水, 将原来的冷却水作为备用冷却水, 从而大大降低了水中的悬浮物, 使填料和泵轴套的运行环境得到了改善, 降低了其对填料、泵轴套的磨损, 提高其密封精度, 减少外部空气的进入。
3.2 增大冷却水水管管径
由于水泵原填料冷却水管径较小, 水量相对较少, 导致很少有水能到达外填料部位, 将冷却水水管管径由6 mm增加到15 mm, 这样大大增加了冷却水量, 使外填料处冷却水水量充足, 不致使填料与泵轴套发生“干磨”现象。
3.3 封堵水泵平衡孔
由于平衡孔主要适用于汲水水面高度高于水泵排气管的水泵, 对填料盒的平衡孔进行了封堵, 从而防止大量冷却水从平衡孔跑出对填料造成的影响。
通过以上措施, 水泵的出水性能得到了稳定, 填料更换周期基本在半年以上 (表2为2011年1~10月与2012年1~10月机组填料更换对照表) , 同时泵轴套的磨损不明显, 生产的安全性得到了极大的提高。
4 结论
(1) 填料密封是水泵密封的重要形式, 密封程度的好坏直接影响到泵的性能, 在使用冷却水时, 尽量避免使用含有较多杂质的水源作为冷却水, 减少其对填料、泵轴套的磨损。
(2) 水泵的结构形式适用于不同的场所, 在选用时, 一定要弄清其特点, 尤其是与同类型的泵, 其结构的不同点及其功能, 这样才能更好的发挥其性能。
参考文献
[1]祁雪来, 乔矿生.变频调速技术在水泵和风机应用中的节能分析[J].河北煤炭, 2010 (3) :34.
[2]赵臻伟, 王旭东, 张玉军.传统填料冷却塔的节能改造[J].设备管理与维修:节能与环保.2007, 8.
水泵性能 篇2
水泵是确保煤炭矿井安全生产的重要设备之一。它承担排放所有地下水的重要任务。然而，在一个长工作循环中泵的特性曲线需要重新定义，因此，为了确保安全成产，使用者们应该定期的检查和测试和水泵的性能，去测试是不是水泵每个指标都符合“煤矿安全规定”。最终目的是及时发现故障，消除隐患，减少事故和可以达到节约维护成本。
在计算机辅助测试领域的重要技术——虚拟仪器是当代计算机技术和仪器技术深入结合的产物。核心技术是软件代替硬件。这篇文章介绍了虚拟仪器技术进入水泵性能检测领域和设计了基于Labview软件的矿用水泵综合性能检测系统。该系统基于个人计算机和采用Labview软件平台作为开发环境，该系统实现了实时和动态的显示水泵进出口压力、流量、流速和其他信号测定的功能。使用Labview软件的多项式拟合模块通过波形模拟和显示性能曲线。它使用虚拟仪器释放测试的Web发布工具的互联网界面,并实现其网络通信功能。与传统设备相比，基于运行稳定的虚拟仪器泵性能测试系统,有强烈的数据分析和处理功能,美观和操作方便的界面,强烈的视觉功能和较高测试精度 关键字：水泵、虚拟仪器、测试系统一、介绍
水泵是煤炭矿井安全生产的重要设备之一，它承担着抽空地下水确保井下安全的任务，需要连续连续工作 24 小时。因此，它也是在煤炭生产中主要能耗设备，几乎占全部生产用电量电的 13%至 18%。保持泵的良好运行是节约能源的重要组成部分。为了保证泵正常工作，有必要定期对泵综合性能进行测试，在发现泵效率下降时及时维护或更换泵，对节约能源和保护安全生产具有重要意义。
传统的测试泵的性能通常使用压力表、温度计、电能表、测速仪等仪器来测量相关的参数，然后通过计算的后半部分来获取性能曲线和其他数据，测试耗费很多的时间，整个过程会有不稳定的人为错误。此外，一般来说传统的测试仪器计算取决于计算机网络的硬件。很难制造和调试，测量精度也受到硬件限制，仪器的长期精度很难得到保证。使用软件方法来处理数字，不仅能减少硬件设备，而且还以保证精度[2]。
由此可见，本文介绍的使用“软件替代硬件”的Labview软件，开发了泵的综合性能测试系统。它是一个集合了多设备测试功能和测试范围可调的测试系统。该系统基于个人计算机和采用Labview软件平台作为开发环境，它可以实现大量数据的收集、传输、分析、处理、存储等功能等等。它与传统测试仪器相比，提高测试的准确性和开发效率，并降低劳动强度。
二.矿井水泵虚拟仪器测试系统
A.实现功能
• 实时检测并显示泵出口流量、泵进出口压力和泵的流量速度，使用传感器显示值来衡量和输入参数，使用传感器测量和输入参数的值,来计算并显示轴功率、输出功率、排水能力,泵效率,效率的管道和排水系统的效率
• 实时显示泵运行条件和排水状态功耗，并有超出限制时的报警功能。
• 使用多项式拟合获得泵性能曲线，这就是确定泵出口流量、轴功率、泵效率和流量曲线的方法。每个曲线通过波形显示。
• 存储测试数据、生成检测报告，和在任何时间查询相关的数据。
• 使用虚拟仪器 Web 发布工具发布到互联网的测试接口和实现其网络通讯功能。客户可以显示和控制另一台计算机的测试系统。
B.总体规划
离心泵性能测试有其自身的特殊性，需要的测试系统要运行很长时间，并需要绘制离散点拟合成曲线，所以它要求测试系统具有存储和曲线绘制功能。
在测试时，在泵开始运行前传感器应调到适当位置，然后启动泵。为了确保准确的测试，首先，在运行测试系统时有必要使用零操作和初始化每个参数。传感器获得的压力和流量信号，该信号通过数据采集卡进行放大和筛选，然后信号被送到虚拟仪器系统。同时，用户将在现场记录的数据输入到前面的仪器板。在前面的仪器板中显示的值稳定后，按下键“计算”，来完成第一次参数计算。根据工作条件，重复操作3到5次，链接操作结束，泵的性能曲线通过波形显示，该系统会自动存储原始数据和计算结果为用户查询。通过“测试报告”按钮你可以生成详细的反映了泵性能的报告。矿井水泵测试系统的工艺流程图如1所示。
图1 离心式水泵测试系统的流程图 C.仪器板
矿山水泵性能测试系统的仪器板如图2所示，仪器板具有输入区域，输出区域、经营区域、报警区域和其他区域。
图 2 矿山水泵性能测试系统的仪器板
D.程序框图设计
当离心泵性能测试时，为了确保采集的参数和测试结果的精度，应该有足够的时间进行测试，并且每种情况下应具有一定的时间间隔。本文离心式水泵性能测试系统使用设置事件结构和循环结构的方法。
1）信号采集的实现：实现连续波形采集，只在中间六模型外加循环结构是不合理的，这将导致每个信号采集操作，包含配置，启动和清除操作，很难继如果信号采集操作在两个波形采集之间时。为了解决连续采集的问题，在图3所示的过程应该被操作，那就是，把这些业务作为配置，开启启动和清除外循环只有一次，只有人工智能读取和必要的数据处理是以周期的形式完成的。
图3 模型的采集程序
a）测试函数
计算子程序框图：子程序根据测量参数和由传感器和输入参数的值，并根据相应的公式来计算的泵的出口流量，轴功率，输出功率、排水电力消耗、泵效率、管道效率和排水系统的效率。判断排水能力和运行条件点是否达标，并采取相应的报警管理。同时，它会自动存储测试数据。程序框图如图4所示。
图4 计算的子程序框图
b）零设置：零设置模块的功能是要初始化输入和输出参数，并删除最后一次测试数据，并确保本次的测试结果准确性。程序框图如图 5 所示。
图5零设置模块的程序块关系图
c）曲线拟合：LabVIEW 有用于曲线拟合的曲线拟合套件，它提供了线性拟合，指数拟合，多项式拟合最小二乘法拟合，多项式和样条插值方法。使用这些函数可以轻松设置模块，并采取数据拟合。
离心泵性能测试受客观条件的限制，它只能选择有限的状态点测试。为了更好地反映 5 泵的性能，必须装有曲线。如图6所示，程序框图使用一般多项式Fit.vi实现多项式拟合。函数的终端输入包括输入原始数据和拟合曲线命令等等。输入的原始数据是性能参数的计算值，拟合曲线顺序设置为多项式4。拟合结果通过捆绑的函数计算最终得到最后所示的波形显示。
图6 泵性能曲线拟合的程序块图
三．功能的网络通讯
使用虚拟仪器Web发布工具发布到互联网[3]，并且设置界面如图 7 所示。图7 已发布网络的设置
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一.结论 矿井水泵的传统检测技术有更多的缺点，已无法满足现代的测试要求。在该文中全面阐述泵性能测试系统建立了基于虚拟仪器软件平台 LabVIEW 并意识到现代测试的一种泵。系统具有效率高、精度高、操作简单，便于携带，而且大量软件替代硬件。它代表矿山设备性能测试的发展趋势，具有良好的扩展性和开放实现“一机多个使用实例”节省投资成本所以系统不只可以应用在矿井泵的性能测试中，也可用于其他行业的相关的设备测试，具有良好的发展前景。
声明
“矿井主要设备综合性能测试系统基于Labview（08213512D）”是由河北省人民政府2008年科技计划项目支持资助。
参考文献
[1] 姚富强，李世光，李小梅，“矿井主排水泵计算机远程监测系统的设计”，煤矿电气及机械，2004年。[2] 徐州东方研究所监测和控制技术，“测试设备手册 [Z]”，2005年。
[3] 侯国平，王坤，叶莘“LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计”，清华大学大学出版社，pp196-199,239-240,407-415，2005年5月。
[4] 国家安全生产监督和控制行政和国家行政管理的煤炭矿山安全，“煤炭矿井安全规例”），2004年。[5] 邓燕和王磊，“LabVIEW7.1 测量技术与仪器应用程序”，机械工业出版社，2004年。[6] 国家安全生产监督和控制管理，“安全生产行业标准的中国”，AQ1014-2005 年，AQ1015-2005年，AQ1016-2005 年，笔记本的“，煤炭矿井机械、页30 ~ 31，2007年7月。
多功能水泵控制阀的性能与应用 篇3
关键词：多功能水泵控制阀,性能,消除水锤,安全可靠性
随着社会的发展,高层及超高层建筑越来越多,如何确保供水系统的安全可靠性,越来越引起社会各界的重视和关注。多功能水泵控制阀按照阀门的二阶段关闭规律进行设计,不论水泵工况如何变化,都能够有效地防止停泵水锤,从而保障供水系统的安全可靠性,是泵站更新换代的新型阀门产品。
1 结构
多功能水泵控制阀由阀体、阀盖、主阀板、缓闭阀板、阀杆、膜片、泄流孔等组成,图1是多功能水泵控制阀结构示意图。
多功能水泵控制阀是一种新型水力控制阀门,在启动或停止水泵时,阀板能按水泵的操作规程作出相应的动作,以减缓水流的冲击,因而多功能水泵控制阀集电动阀、止回阀和水锤消除器三种设备的功能于一体,能有效地提高系统安全运行的可靠性,满足自动化的要求,使用寿命长,安装、维修方便。
2 工作原理
水泵启动前,阀门出口端压力作用在主阀板上,阀门处于关闭位置,同时膜片控制器的上腔连通压力水,下腔则与阀门进口端的低压相通。水泵启动后,阀门进口压力逐渐升高,同时压力水通过阀门进口端的连接管缓慢进入膜片控制器下腔,实现主阀板的缓慢开启,开启速度可通过控制阀进行调节。当水泵达到正常工作点时,阀门完全开启,起到启动水泵时缓开出口阀的作用,在防止启动水锤的同时,也保护电机不至于过载。在断电停泵后,阀前进水端压力骤降,主阀板与阀杆滑动配合并在重力的作用下迅速下落,当流量接近于零时主阀板关闭以截住大部分水流,实现快闭来限制水锤峰值的升高。主阀板上留有泄流孔,允许一部分水流继续泄流,以缓和可能产生的水锤压力。由于主阀板已关闭,阀板前后出现压差,阀后出水端压力增加,阀前进水端压力减小。出水端有一旁通管连通膜片上腔,进水端有一旁通管连通膜片下腔,在压差的作用下,出水端的压力水经旁通管进入膜片控制室的上腔充水,膜片带动阀杆和缓闭阀板一起缓慢向下移动,关闭泄流口。
3 主要优点
1)无需操作控制。利用水泵启停时阀门前后的水压差作为控制动力,具有随水泵的启闭而自动启闭的功能。2)阀门启闭动作过程能有效地防止因水锤压力波升高而产生的事故。据现场使用情况调查和实测,停泵水锤压力峰值均在工作压力的1.3倍以内。3)无需现场调试,适用工况范围广。4)基本无需维修。由于一阀替代三阀,维护维修工作量大大减少。5)阻力损失小。采用流线形、宽阀体设计,阻力损失比国外同类产品降低50%以上,如DN200产品在V=2 m/s的经济流速工况时,多功能水泵控制阀损失为0.7 m,而国外同类产品为1.5 m。
4 技术创新
4.1 连接管的部件设计
微止回阀的作用是保证阀门开启的时间大于电机启动时间,使电机轻载启动;同时避免因开阀速度过快而导致启泵水锤。阀门开启时间可由控制阀根据现场工况压力设定。
控制阀可调节进出膜片控制器上下腔的水流速度,从而调节缓闭时间;关闭时可检修膜片控制器;在水泵正常运行时也可手动操作该阀来启闭阀门。
过滤器是保证膜片控制器上下腔中水的清洁度。由于阀门在一个开启过程水流是往复进出的,本身具有反冲洗的作用,因此也可用于介质较差的工况。
4.2 阀门的消除水锤特性
从产生破坏性水锤的原理可知,减小水锤升压主要有两个因素:1)在刚被切断前的水流速度V尽可能小(接近于零)时关闭主阀板;2)使闭阀历时t是水锤相u=2L/α(α为压力波传递速度,m/s;L为管长,m)的5倍～10倍,就可以把实际水锤压力h限定在安全范围内,从而消除破坏性的水锤危害。
多功能水泵控制阀主阀板的开启度是由管道中的水流冲击力大小决定的,流速高时主阀板开启度大;流速减小时阀板开启度小;流速接近于零时,主阀板关闭。
多功能水泵控制阀缓闭阀板的关闭,必须在膜片式控制器上下腔形成压力差后方能实现,即主阀板关闭后,缓闭阀板方能关闭,因此不可能产生缓闭与速闭同步的现象。
4.3 阀门的阻力特性
为了减少水流阻力,设计中减轻了主阀板的重量,同时采用了流线形宽敞的阀体设计,经有关部门检测,DN200多功能水泵控制阀阻力系数约为3.8,而同规格管道的旋启式止回阀阻力系数值为5.5。
4.4膜片的设计
膜片的质量是直接影响阀门使用效果和使用寿命的关键部件,经过多种筛选,选用了氯丁橡胶为原材料,中间用尼龙纤维网进行加强;经专业检测机构检测,疲劳弯曲65万次无破裂,可使用10年以上。
4.5维修
无其他外加液压或电动元件,基本无需维修,且采用宽型阀盖,可将阀内部件全部取出,维修方便。
5实例
某水厂工况为:扬程80 m;高差68.2 m;流量800 L/h;出水管口径400;管长为2.5 km。使用JD745X-10DN400多功能水泵控制阀,据现场测试,缓闭时间为30 s,停泵压力峰值为0.95 MPa(原配置为电动蝶阀和微阻缓闭蝶阀,停泵压力峰值为1.2 MPa～1.4 MPa)。停泵后水泵最大反转速度为600 r/min,与原配置相同。经理论计算,多功能水泵控制阀停泵压力峰值为0.97 MPa,普通止回阀停泵压力峰值为1.85 MPa。将多功能水泵控制阀、微阻缓闭蝶阀和普通止回阀三种设置情况所造成的停泵水锤结果列表比较,表1是多功能水泵控制阀、电动阀门+微阻缓闭止回阀、电动阀门+普通止回阀水锤边界条件比较表。
从表1可以看出,多功能水泵控制阀对于消除停泵水锤有明显效果,完全符合《泵站设计规范》以及《水泵操作规程》;多功能水泵控制阀还能实现启泵缓慢开启,能够消除开泵水锤。
6结语
1)多功能水泵控制阀的安全可靠性高。按照阀门的二阶段关闭规律动作,不论工况如何变化,都能够有效地防止停泵水锤同时各种动作是完全连锁,不会产生误动作,从而保障供水安全可靠,是泵站更新换代的新型阀门产品。2)无需操作控制。依靠水泵启停泵时阀门前后的压力变化和液压原理,可以使阀门按照水泵操作规程的要求完成整个操作过程,实现直接停泵,简化了泵房的操作程序,达到了事故停泵不发生水锤的要求。3)结构简单。没有电气和液压元器件,无需电力、人力或其他外力,故障点少,基本无维修,使用寿命长。
参考文献
[1]金锥.停泵水锤及防护[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.
水泵性能 篇4
试验台的设计制造根据标准JB/T 9782—1999, 同时参考GB/T 3216—2005方法。
喷雾器水泵性能试验台采用开放式或封闭式试验系统。试验要求在额定转速和吸入条件下测出流量Q、功率N、总效率η、泵速n等随压力P的变化关系。并绘制出Q-P、N-P、-P、n-P等工作性能曲线;测定水泵的吸入性能, 并绘制Q-PS (PS为吸上真空度) 性能曲线[1,2]。
水泵性能试验台通过各种高精度的传感器, 先将泵中欲测量的各性能参数, 即非电量讯号 (物理量) 转换成电量讯号 (模拟量) 。通过屏蔽传输电缆, 将这些讯号传输到接口板即数据采集板, 然后再传递给工控机, 由计算机完成试验工况点的调节、试验参数的采集及数据的处理, 并生成试验报告。
1 一体式水泵试验台结构
由于闭式试验系统结构较为复杂, 采用图1所示的开式试验系统方案。
目前, 各企事业单位设计、使用的水泵性能试验台通常由试验台台架、水泵驱动机构、水泵张紧机构、循环水路、水箱、控制系统等部分组成, 采用的结构布置方式一般为分块式, 即各部分分别固定在基础上, 通过水路、电缆把它们连接起来。这种方式的水泵性能试验台存在的问题是占地面积较大, 安装、运输、调试较为复杂, 所需硬件较多, 投资相对较大。
针对上面的问题, 在设计中, 提出了一体式水泵性能试验台的结构方案。通过把试验台各部分集中布置, 固定在试验台台架上 (台架可以采用焊接钢架或铝合金结构) , 设计、制造成一体式结构, 如图2所示。该一体式结构能在满足水泵性能试验的要求下最大限度地节约试验台占地面积, 减少硬件的投入, 使运输、安装更为方便。本技术方案已申报实用新型专利。
1.支脚2.漏水箱3.试验台台架4.出水压力传感器5.进水压力传感器6.出水调节阀7.进水调节阀8.流量传感器9.循环水箱10.回水管道11.强电柜12.电动机13.扭矩传感器14.控制柜15.胶带轮16.胶带17.水泵18.水泵托盘及胶带张紧机构
2 性能参数和传感器选型
试验台需要测试的主要参数及传感器选型如下。
2.1 压力
式中P———全压力, MPa;
PM———出水压力, MPa;
PB———吸水压力, MPa。
当进口压力小于大气压时 (真空情况) PB取正值;当进口压力大于大气压时 (灌注情况) PB取负值。
采用甘肃天水华天通用型CYB-23压力传感器, 精度0.3级, 信号输出0～5 V。
压力传感器布置在水泵进出口管道上测量PM、PB实时值, 注意进出口取压点要在同一水平面上, 否则还要加上进出口取压点的高度差。压力的调节主要通过改变进出口电动调节阀的开度来控制。
2.2 流量
流量定义为水泵出口在单位时间内所输出的流体体积。
流量计算公式:
Q=6×A×v×104
式中:Q———流量, L/min;
A———水管过流面截面积, m2;
v———水的平均流速, m/s。
最精确的流量测试方法是原级法 (称质法、容积法) [4], 但是很难满足实时测试的要求, 一般多用于传感器的标定。
采用合肥精大仪表的LWGY型液体涡轮流量传感器试, 精度等级1级, 流量传感器测量范围通常是上限=下限×10, 为了使试验台能最大限度地满足国内常用农用喷雾器水泵的范围, 选用25 mm公称通径规格, 这样流量范围可达1～10 m3/h, 公称压力6.3 MPa。传感器输出是4～20 m A电流信号。
由于水的流速通过传感器叶轮的转速来反映。通常应将涡轮流量传感器安装在出口电动调节阀的上游, 这样在电动调节阀调节到小流量时也能保证测流管路充满水[3]。但常用流量传感器的公称压力只有6.3 MPa, 而试验水泵的最高压力可达10 MPa, 只能把流量传感器安装在电动调节阀下游, 但在设计时把流量传感器的管路高度提升到足够高, 同时水箱中水位高于流量传感器, 这样也可以保证测流管路中充满水。
2.3 有效功率和总功率
泵的有效功率即泵的输出功率。
式中N′———泵的有效功率, kW;
ρ———水密度, kg/L。
泵的驱动总功率指的是驱动电动机的输出功率。
式中N———泵的驱动总功率, kW;
M———电机转矩, N·m;
n———电机转速, r/min。
由于农用喷雾泵在实际应用中, 与动力原动机之间都为胶带传动, 因此, 本试验台为较好地反映情况, 也采用胶带传动来驱动水泵。水泵的转速就由电机的转速和带传动比来折算, 传动比需要在测试前用转速表来测算。同理, 转矩也是直接测量的驱动电机端的转矩, 测量电动机的输出功率即为水泵的驱动总功率。
由于水泵的额定转速通常为800～1 200 r/min, 各种型号水泵的带轮直径又不一样, 需要根据传动比灵活调节电动机的转速, 以满足水泵的驱动要求。所以试验台电动机采用变频器控制。
选用北京三晶JN338型扭矩传感器, 精度0.2级, 最大测量扭矩100 N·m, 测量扭矩的输出为高频脉冲信号。该传感器配置有旋转编码器 (1 024个脉冲/转) 。扭矩传感器通过联轴器连接在电动机和驱动胶带轮之间。
2.4 总效率
式中η———泵的总效率, %。
2.5 允许吸上高度
对泵本身来讲, 允许吸上高度是泵自身的特性, 允许吸上高度越大, 泵在工作时就越不容易发生汽蚀, 具体表现为泵的自吸性越好。
在额定的出水压力和转速下, 当流量比正常吸上减少3%时 (柱、活塞泵) , 是泵的最大临界吸上真空度 (PS临) , 再由此确定泵的允许吸上真空度 (PS允) , 并可换算为临界和允许吸上高度H临。
式中PS允———允许吸上真空度, MPa;
PS临———临界吸上真空度, MPa;
H临———临界吸上高度, m;
H允———允许吸上高度, m;
g———重力加速度, m/s2。
3 性能试验方法及试验结果
3.1 水泵工作性能试验
以台州荣盛泵业RS-50型柱塞式水泵试验为例, 该泵工作压力:2.0～4.5 MPa, 流量45～58 L/min, , 配置动力3.5～4.5 k W, 转速800～1 000 r/min。
在进行水泵试验前应试运转。
试验时, 调整电动机转速, 保证水泵转速在1 000r/min。进口电动调节阀保持全开, 出口电动调节阀从全开逐渐关小。在每一时间点实时同步测试并记录水泵的流量、转速、功率、吸入压力、排出压力, 绘制流量特性曲线, 并列表显示关键点的性能参数, 如图3所示。
3.2 水泵吸入性能试验
吸入性能试验可用降低水位法、调节进口阀门和密闭水箱抽真空等3种方法
其中调节进口阀门法较为方便。
试验时, 水泵的转速设定为1 000 r/min。开始时, 进出口电动调节阀均全开, 然后逐渐减小出口调节阀开度, 当水泵全压力达到额定压力时, 保持出口调节阀的开度, 并开始实时记录水泵的流量、吸入压力、排出压力, 绘制吸上真空度曲线。随后逐渐关小进口调节阀, 当流量比标准流量减少3%时 (柱、活塞泵) , 吸入压力即是泵的最大临界吸上真空度 (Ps临) , 再由此确定泵的允许吸上真空度 (Ps允) , 并换算为临界、允许吸上高度, 如图4所示。为了保证试验稳定, 试验时通常进行到流量比标准减少5%时后, 停止减少进口调节阀开度, 退出试验。
4 试验注意事项
(1) 为了保证试验结果的准确, 在进行水泵工作性能试验时, 在工作压力区间, 出口调节阀关小的速度要慢, 每次动作后需要稳定3～5 s, 以便测得稳定的参数之后, 再作调整;同样, 进行吸入性能试验时, 当达到额定压力后, 进口调节阀也应慢速关小, 动作后稳定3～5 s。
(2) 由于水泵的种类、规格较多, 在水泵驱动机构、张紧机构、循环水路、水箱等的设计, 以及传感器的选型时, 要最大限度地满足最大范围的实验要求。
(3) 喷雾器水泵通常都有回水口, 它的作用是在当水泵出口压力超过最大设定压力时, 通过回水口溢流, 以保护水泵。所以在设计水路时, 需要设置管路连接回水口和水箱。
(4) 试验用传感器信号易受外界交变电磁场的干扰, 特别是流量传感器。试验中, 发现变频器的干扰最大, 所以, 需要把变频器的进、出交流电缆作屏蔽处理, 同时把变频器和电动机放置在离传感器和工控机尽量远的地方。另外要保证传感器电缆的屏蔽及各电器元件的可靠接地。
参考文献
[1]全国农业机械标准化技术委员会.JB/T9782—1999植保机械通用试验方法[S].
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水泵性能 篇5
火力发电厂热力系统给水泵向锅炉连续供给具有一定压力和温度的给水,其运行的质量直接关系到火电厂的安全和经济运行[1,2,3]。随着给水泵服役时间的延长,其运行情况及相应的运行性能将会发生变化,运行人员很难及时准确去把握和判断给水泵的这种性能变化,严重影响了给水泵的安全经济运行。为此,本文基于对运行当中给水泵在不同时间、相同运行工况性能趋势的分析研究,给出了一种判断给水泵运行性能的诊断分析方法,为提高给水泵的运行经济性及火电厂的节能提供了一种新的思路,值得同行参考和借鉴。
1 给水泵的运行性能及其分析
由于给水泵是靠转速来维持其流量和出口压力的[4],因此分析给水泵的性能就必须找出泵的转速与流量、转速与出口压力的对应函数关系。利用这种函数关系,对比分析泵在相同工况下两个不同时间段的性能变化,从而准确去判断给水泵当前的运行性能。
众所周知,给水泵出口压力、流量能够反映给水泵运行性能的主要技术参数[5],如果把以上性能技术参数表示成转速的函数时,可记为
式中:y为性能参数值(代表给水泵出口压力、入口流量);x为转速,r/min。
当给水泵在性能较佳或良好运行时,此时其性能函数可表示为
式中:y1为给水泵性能较佳时的性能参数值;x1为给水泵在性能较佳时所对应的转速,r/min; f1为给水泵性能较佳时所对应函数表达式。
当给水泵偏离正常性能运行时,其性能函数可表示为
式中:y2为给水泵在运行性能不正常时的性能参数值;x2为给水泵运行性能不正常时所对应的转速,r/min; f2为给水泵运行性能不正常时所对应的函数表达式。
把给水泵在不同时间段、同一性能参数的函数曲线表示在同一坐标轴图形里,如图1所示。
由图1可以看出,在同一转速不同运行情况下的性能差值为
式中△y为在同一转速下的性能差值。
由此可知,由给水泵的性能参数函数可以对前后不同时间段给水泵运行状况及运行性能进行比较;对比给水泵在运行正常或较佳时的性能参数曲线,可对其性能作出定量的分析;通过前后给水泵的性能差值△y就可以准确的判断分析出当前给水泵运行性能的变化情况,从而分析和诊断当前给水泵运行故障,采取相应的解决措施,以提高给水泵的工作效能及运行经济性。
2 给水泵性能诊断分析实例
某电厂300 MW机组1号给水泵自投产以来,为了检验该给水泵的运行性能是否发生变化,采集了其试车正常运行数据和另一时间段的运行数据(不正常数据)进行分析。数据如表1所示。
根据表1中给出的两组数据绘制成以泵的转速为自变量、泵的流量和出口压力为函数的相关性能参数曲线,其试车正常性能曲线如图2所示。不正常运行性能曲线如图3所示。
由图2可知,1号给水泵在试车运行正常情况下,其出口压力和转速符合以下函数关系式,即
式中P1为试车正常运行时的出口压力,MPa。
1号给水泵入口流量和转速的函数关系式为
式中D1为试车正常运行时的入口流量,t/h。
由图3可知,1号给水泵在运行不正常情况下相应其出口压力和入口流量和给水泵转速之间的函数表达式,可分别记为
式中:P2为不正常运行时的出口压力,MPa;D2为不正常运行时的入口流量,t/h。
通过1号给水泵不同运行情况下给水泵入口流量和出口压力与转速的关系表达式,可以绘制出1号给水泵在试车正常运行情况和不正常运行情况下其性能曲线的对比曲线图,把试车正常运行曲线作为性能目标曲线,通过该曲线图就可以直观地看出给水泵在试车正常运行情况和不正常运行情况下的性能差值,从而对当前1号给水泵运行性能作出准确合理的评价和判断,其对比曲线如图4所示。
从图4可以明显的看出,该电厂1号给水泵在不正常运行情况下其出口压力和流量都比其在试车正常运行情况下时要低,其性能明显下降。特别是在给水泵的低转速区,两种情况下给水泵出口压力差值已达到0.50～0.76 MPa,而1号给水泵的入口流量随着转速的增大,两种情况下的差值不断地增大,尤其转速在达到4 800～5 400 r/min时,给水泵的流量下降更大,其下降值已达到20～78 t/h。由此可见,该厂1号机组1号给水泵自投产以来,性能已经下降,特别是泵的流量在高转速时下降更大。
3 给水泵性能下降原因分析
针对1号给水泵出力下降的问题,该厂检修人员给予了及时分析和处理。经查找分析,发现在运行时,给水泵电动再循环门长期关不严,而且存在死点;在290 MW负荷运行时,其出口压力为19.23 MPa,给水泵电流为490 A;对给水泵再循环门阀进行更换并关紧时,给水泵压力升至19.55 MPa,给水泵电流降至478 A,此时机组可以带负荷到296 MW,由此得出再循环门关不严导致了给水泵的性能和出力下降。在单纯的更换再循环阀时,给水泵在同样的转速下,其电流摆动下降,出口压力虽然有所回升,但比试车正常时的出口压力还低,故再循环阀过水只是给水泵性能下降的一方面原因。经过对1号给水泵隔离检修,发现给水泵入口滤网内有大量的铁锈及杂物,清理结束后投运正常。对排除故障后的1号给水泵性能进行了跟踪,其运行数据如表2所示。
同理,为了便于比较和分析1号给水泵的性能变化及故障排除后的运行效果,将试车正常运行数据和故障排除后的运行数据绘制成性能曲线,并在同一坐标轴中表示,如图5所示。
从图5可以看出,给水泵故障被排除后,其运行性能曲线已经接近试车正常运行性能曲线,在部分转速区已经超过或达到了试车正常运行性能。相比较图4,图5中两条曲线给水泵出口压力最大差值降低到0.2 MPa,流量最大差值降低到3 t/h,给水泵入口流量相对故障时提高了180 t/h,在高转速区给水泵出口压力提高了1 MPa,说明给水泵故障排除后的性能提高了。
4 结 论
1) 用给水泵正常运行和不正常运行情况下的实际运行数据绘制和拟合的性能曲线图和性能曲线公式,能够诊断出当前给水泵的运行性能。
2) 应用实例验证了该给水泵运行性能分析方法在实际中的可行性,电厂运行人员能够及时把握给水泵的运行性能,采取有效措施,以提高给水泵运行经济性。
参考文献
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水泵性能 篇6
近年来, 利用CFD技术对水泵的三维内流场进行模拟计算, 进而进行性能预测的方法已经十分普遍。这种数值计算方法既可以有效地指导新产品的研发, 也可以细微地显示水泵内部流体流动的细节。 许多科技工作者已对此做出了卓有成效的研究［１—４］。本文提出两种改善叶轮内部流场的优化方案, 应用CFD软件对CAP1400的两种双吸叶轮进行流场数值模拟, 绘制叶轮性曲线, 旨在提出一种最优的叶轮设计方案, 对最优方案结合试验方法对数值计算结果进行验证。
1数值方法
1.1计算模型与网格
对CAP1400双吸叶轮的出口边采用不同倾斜角度的设计方案, 利用实体建模软件对其进行建模, 分别如图1所示。
由于实际流体的边界层效应, 故叶片附近网格必须加密并且叶片附近第一层网格尺寸特别重要。 为保证计算精度本文取第一层网格的无量纲参数y＋为2, 从而由公式 (1) 可计算出第一层网格离壁面的距离。
式 (1) 中:y指第一层网格离壁面的距离;ν为流体的运动黏度;Lｒｅｆ指参考长度, 在计算时取叶轮进口直径;Vｒｅｆ指参考速度, 计算时取叶轮进口流体速度的理论值。
图2给出了其中一个流道的六面体网格分布图。叶片附近网格尺寸由y值确定, 网格总数约为60万。
1.2计算方法与边界条件
本文流场计算采用商用CFD软件ANSYS- CFX 12.0上完成, 计算采用标准k-ε湍流模型, 压力和速度的耦合采用SIMPLE算法。通过理论分析发现在旋转坐标系下雷诺应力的表达式与惯性坐标系下不同, 但湍动能方程是相同的, 通过修正湍动能k为主要模型参数的湍流模型以提升非设计工况下叶轮内部流动进行预测时的精度［５—７］。
根据“N-S方程”的特征分析, 可给定下列边界条件:
1.2.1入口边界条件
按入口总压值设定 (stat frame tot press) , 具体数值由前置泵出口压力与除氧器高度给出。对于入口湍流参数取值按水力直径大小及湍流强度给定;
1.2.2出口边界条件
按出口质量流量值设定 (mass flow rate) , 具体数值根据不同工况下的体积流量与密度确定;其中假设叶轮出口周向上的流速均匀分布且无轴向速度分量;
1.2.3壁面条件
叶轮叶片表面定义为旋转无滑移的绝热固壁边界条件;湍流计算采用标准壁面函数法确定固壁附近流动。
边界条件的具体数值可有CAP1400核电常规岛给水泵具体运行工况与流体物性参数确定, 见表1。收敛标准定义为基于所有控制体的平均残差下降至10－５;进出口质量流量差在0.1%以下。
2两种叶轮型线设计方法
2.1水力性能比较
图3给出了CAP1400核电常规岛给水泵两种方案叶轮内某截面的压力分布云图, 结果表明, 在相同截面处, 方案1的增压过程由3.01 MPa (图3中2区) 增至6.36 MPa (图3中10区) , 增压大小为3.35MPa;而方案2增压过程由2.77 MPa (图3中2区) 增至6.43 MPa (图3中10区) , 增压大小为3.66 MPa, 所以, 方案2的增压特性优于方案1。
对比流场中最大局部压力绝对值, 方案2为6.89 MPa, 优于方案1的6.77 MPa。
泵扬程计算见公式 (2) , 在叶轮进口压力相同的条件下, 叶轮出口压力决定于泵的扬程大小, 如4给出两种方案叶轮出口截面中心线上压力分布, 横坐标为出口截面中心线相对位置, 纵坐标为压力值。
方案1的压力分布范围在7.05~8.8 MPa, 方案2的压力分布范围在7.2~9.25 MPa, 方案2的平均压力大于方案1, 因此, 采用方案2可以获得更高的泵扬程值。
以上均为设计工况下泵内流动分析, 图5给出CAP1400核电常规岛给水泵两种方案在不同的流量下的“流量-扬程”与“流量-效率”性能曲线。图中表明:方案2的扬程在各个工况点均高于方案1的叶片。在非设计工况小流量区域方案2效率略低, 大流量区域效率略高。在设计流量Qｄ=3 064m３/h处, 方案2相对于方案1具有高扬程高效率的特点, 与方案1相比其扬程增加6.9%, 效率增加0.3%。
2.2试验验证
核电常规岛给水泵的几何尺寸较大, 其内部流场的特征雷诺数较高, 而且对于调速型给水泵, 常常会在非设计工况下运行, 该工况下的给水泵内部流动结构极其复杂, 存在着流动分离、二次流等多种流动现象, 因此, 其计算的准确性需由试验验证。
试验设备为上海电力修造总厂有限公司核电机组给水泵试验台, 试验标准按GB/T 3216—2005进行。分别以CAP1400核电常规岛给水泵两种叶轮设计方案为研究对象, 图6为试验台布置简图。
表2计算与试验的结果对比表明, 数值计算结果与试验值的变化趋势基本一致, 额定工况点附近 (3 064m３/h) 扬程误差低至0.9%, 效率误差低至0.7%。采用修正后的湍动能系数k计算, 误差明显降低, 整个运行流量工况范围内, 扬程最大误差为4.4%, 效率最大误差2.4%。计算误差在给水泵设计的正常误差5%以内。因此, 可以将该计算方法应用在CAP1400核电常规岛给水泵叶轮设计研发中是准确的, 可信的。
3结论
(1) 以叶片出口倾斜角度为优化参数, 对CAP1400提出两套设计方案, 方案2的增压特性优于方案1。
(2) “流量-扬程”与“流量-效率”性能曲线表明, 方案1具有高扬程高效率的特点。
(3) 采用修正湍动能k的计算方法, 计算结果与试验结果误差在水泵设计的正常误差5%以内。
摘要：以第三代核电CAP1400常规岛主给水泵为研究对象, 建立双吸叶轮流场三维模型, 基于CFD方法, 采用标准k-ε湍流模型和可升级壁面函数法对其进行三维定常湍流计算。以叶片出口倾斜角度为优化参数, 对叶轮型线提出了两种设计方案, 并对其中一种方案采用数值计算与试验相结合的研究方法。结果表明, 数值计算与试验数据吻合良好, 通过比较叶轮内流场增压特性以及水力性能曲线, 方案二最优, 设计参数满足CAP1400核电机组常规岛主泵性能要求。
关键词：常规岛主给水泵,水力性能,数值模拟,优化
参考文献
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