(1 台州学院,浙江台州 318000; 2 浙江水泵总厂有限公司,浙江台州 317000)
摘要:通过对高温高压热水循环泵叶片结构的优化和对密封系统和冷却系统的创新设计,研制了一种新型的高温高压热水循环泵,提高了泵的工作效率和汽蚀性能。对该泵的相关水力性能进行试验研究,结果表明:设计工况下的效率高达82%,汽蚀余量为4.5m;且在进口水压p =6.4MPa温度T = 280℃的高温高压的条件下,无热水泄漏,密封使用寿命长(≥20000h),具有良好的密封效果,有效地解决了传统密封高温高压工况下泄漏严重、使用寿命短的问题。
关键词:热水循环泵;密封系统;冷却系统;高温,高压
1 前言
热水循环泵广泛应用于冶金、电力、轻纺、化工、采暖余热等系统中的热水循环及类似于水的液体输送。为提高热利用率和满足工艺流程要求,目前国内大多采用国际上比较先进的强制热水循环形式,循环热水温度高(215~265℃左右),压力大(≥5.0MPa),对热水循环泵的使用要求越来越高。通过对热水循环泵机械密封泄漏的原因进行分析,郭大刚、何彬学等改进密封结构和材料,延长了机械密封的使用寿命。蔡振东等采用静止式平衡型机械密封及闭式自循环冷却系统,进行了高温热水循环泵设计及应用。刘厚林等基于ANSYS软件对高温高压冶金用热水循环泵转动部件与静止部件进行了模态分析。
Yang基于两相流模型对热水循环泵的汽蚀性能进行了数值计算,分析了温度的升高对热水循环泵汽蚀性能的影响。
本文从长期的工业流程泵设计和实践经验出发,通过对泵结构的优化和对密封系统、冷却系统的创新设计,针对传统密封高温高压工况下泄漏严重、使用寿命短的问题,研制一种高温高压热水循环泵,其中温度高达280℃,压力可达6.4MPa,目前在国内很多冶金、电力、石化、建材等企业得到广泛应用。
2 泵的设计与改进
2.1 泵的结构及参数
热水循环泵的结构如图1所示,此泵为单级单吸悬臂式离心泵,主要由泵体、叶轮、冷却室、密封部件、轴、轴承体、联轴器、泵支架及底座等部件组成。为满足锅炉发电、冶金等工艺流程中高温高压热水强制循环要求,泵的性能参数如下:流量Q=450m3/h,扬程H=62m,转速n=1480r/min 效率η= 82%,汽蚀余量NPSHr =4.5m,进口压力Pmax=6.4MPa,最高使用温度Tmax=280℃.
图1 热水循环泵结构示意
2.2 泵叶轮的设计与优化
己知泵的流量、扬程、转速,由泵的经验公式计算可得叶轮进口直径Dj=180mm,叶轮外径D2=450mm,叶片出口宽度b2=28mm,叶片安放角β1=25°,β2=35°,叶片数Z=6,叶片厚度S=6mm,泵的总效率η=76%,汽蚀余量NPSHr=4.5m。然而泵的效率不能满足设计要求,需要对泵的结构进行优化。
通过对叶轮叶片向吸入口前移并适当减薄,叶片进口边向后盖板方向移动8mm(如图2所示),其中叶片厚度沿流线的变化关系如图3所示。图中M一Prime为半径归一化的子午面流线长度。如此,增加了叶道长度,减小叶片工作面和背面的压差,减少相对速度扩散,从而提高泵的效率。叶轮的三维水力模型和叶片的三维流道造型如图4,5所示。
图2 叶轮主要尺寸
图3 叶片厚度沿流线的变化关系
图4 叶轮的三维造型
图5 叶片的三维流道造型
(来源:中国泵阀第一网)
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