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目錄導讀
塑料離心泵的現狀
為何提升塑料離心泵效率?
節約能耗8~20%是怎么計算出來的?
塑料離心泵泵效率低的原因及改進的方法
第一大因素:葉輪葉片的葉型及葉輪型式
第二大因素:塑料的熱膨脹系數
第三大因素:"三多"現象
改良前后泵的性能試驗報告對比
相關能提升效率的泵品種
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改良創新提升泵效率的報告
——宙斯泵業如何提升塑料離心泵效率、節能8~20%的過程

  宙斯泵業是生產襯塑型、全塑型防腐離心泵的專業生產廠家,年生產防腐泵3萬臺左右。公司生產的塑料離心泵、清液泵,在國內在崗位運行的數量有幾十萬臺,但一直與其它防腐塑料泵一樣,存在著泵效率不高的問題。相同規格、相同性能參數前提下的塑料泵與金屬泵相比較,一般泵效率要低5~15%左右,電能要多消耗10~25%manbetx体育左右。塑料離心泵效率低已成為目前市場的共識。但因為塑料離心泵有優良的防腐性能、較好的耐磨性能(超高分子量聚乙烯)、價格經濟等因素,還是被人們所接受。再則也無其它更優良的泵種可選,只能被迫選用這種效率不佳的襯塑型、全塑型防腐泵。

  因為使用塑料防腐耐磨泵用戶比使用金屬泵的用戶要增加驚人的電力消耗。

  以宙斯泵業本公司為例,最近三年配套銷售電機115萬千瓦左右時,假設所銷售泵平均每年每臺運行100天,節電15%(保守估計)計算,節約的電能為:115萬千瓦×100天×24小時×15%=4.14億度電(千瓦時),按每度電1元計算,就會為用戶節約4.14億元/年。該數據僅為宙斯泵業三年內銷售的泵,還不包括用戶自備電機在內,為用戶使用成本的節省十分明顯。因此,通過技術創新,提升塑料泵的效率是迫在眉睫的,同時它也成為宙斯泵業近年來的戰略目標。

  是把改良前的同型泵的效率與改良后效率提升的幅度,折算出效率提升的百分比,來計算節能效果的。以150UHB-ZK-150-40襯塑型耐腐耐磨泵為例,改良前泵的效率為50%,改良后泵的效率達到59.5%。計算時假設原來效率的50%為基礎計為100%,那么改良后的59.5%效率就是在原來基礎上提升了19%。效率提升了,功耗相對下降了,因此該泵能節省能耗19%左右。該型泵標配電機為45kW,每天耗電1080度,節約19%的話每天節電205度,運行100天從理論上說就能節約20500度電。

  要提升塑料離心泵的效率,首先要從為什么塑料離心泵效率低上找原因。公司組織相關工程技術人員進行了系統分析,認定了可能會影響塑料離心泵效率的有三大因素并進行了針對性改良。

  第一大因素:葉輪葉片的葉型及葉輪型式

manbetx体育  塑料離心泵的葉輪葉片與金屬葉輪相比,有一定差距,達不到金屬葉輪的扭曲度,葉型不完美,不符合高效率葉輪的要求,尤其是大型號的塑料泵更是如此。其主要原因是塑料葉輪的成型工藝所決定。因為塑料葉輪是熱塑模壓成型,葉輪葉片扭曲度過大,模芯從鋼模中脫不出來,因此為了方便成型加工塑料葉輪的葉片及其模具的局限性,大多數葉輪只能采用半開式型式。

塑料葉輪與金屬葉輪對比圖

  采用半開式葉輪的后果是什么呢?

  半開式葉輪的葉片與泵蓋之間的返流大、容積效率低,該因素大約對泵的效率影響在2~5%左右(根據泵輸送壓力不同而不同)。例如輸送壓力在0.1~0.3MPa之間,效率影響就只有2~3%;而輸送壓力超過0.3MPa的單級塑料離心泵,效率影響就有3~5%,有時甚至會達到8%左右。

塑料葉輪返流示意圖

manbetx体育  針對這一因素要如何解決,一直是困擾公司技術人員的難題。經過長時間琢磨,多種方法的試驗,找到了一個解決問題的方案,即在塑料開式葉輪上加一個多臺階口環,就能達到提升葉輪效率的目的。

  其原理有三:塑料葉輪返流示意圖

manbetx体育  一、加了口環以后,增加了葉片的可支撐強度,進而能使開式葉輪的葉片內沖角減薄、傾斜呈符合高效葉輪葉型形態,減少葉輪葉片內沖角的截面積,進而減少流體的阻力面積,提升泵的效率;

  二、增加口環后,泵殼與口環之間的間隙易于掌控,泵腔內出口向進口返流的流體得到有效隔斷,高壓區向低壓區的流體返流減少,因而泵的容積效率提升;

manbetx体育  三、加了口環之后,葉輪的葉片介于閉式葉輪與開式葉輪之間,葉輪成型脫模方便,因此可以制作葉輪葉片扭曲度好、又能脫模的塑料葉輪,改善了葉輪葉片的扭曲度,提升了泵的水力性能。

manbetx体育  通過上述改良所產生的綜合效果,提升了泵的效率2~8%,其中小型塑料泵提升效率會少些,大型塑料泵提升效率多些。

manbetx体育  此項改良創新公司也申請了一批專利:ZL201520720055.X、ZL201520720039.0、ZL201530392942.4、ZL201530393242.7、ZL201530392944.3、ZL201530393136.9、ZL201530431891.1、ZL201530431764.1、ZL201530432038.1。

  第二大因素:塑料的熱膨脹系數

  塑料的熱膨脹系數比金屬大近10倍,在不同溫度工況下工作,會致使葉輪、泵殼局部收縮、膨脹、變形,進而影響葉輪、泵殼、泵蓋之間的間隙,再進而影響泵的容積效率,導致泵的效率下降,我們估計該因素有可能降低效率2~3%。

普通口環與斜口環返流示意圖

  針對這一因素的解決方法難以尋求,因為塑料的熱變形性、膨脹性、可塑性無法改變。但是經多次改良、試驗,發現在泵蓋與葉輪口環設置V型返流斜面(專利<申請>manbetx体育號:201621271230.2),使泵腔中高壓區向泵吸入口返流的流體,向泵吸入口順向返流,由原來反流流體與泵吸入口流體的流向呈90°角,改良為45°角以內,使返流流體對吸入口流體的作用的逆向沖擊轉化為順向助推,通過改進后相對減少了流體的流阻,增加了吸入口流體的推力,提升了泵的效率。經試驗,該項技術可以使塑料離心泵提升0.5~1%的效率。

  第三大因素:"三多"現象

manbetx体育  在改良試驗過程中,發現塑料葉輪在運行時,產生的蝸流比金屬葉輪更多,我們通過試驗、觀察:發現所有塑料葉輪在泵腔里運行時,出現蝸流區多、緩流區多、逆流區多的"三多"現象,這就使我們產生了這樣的懷疑:為什么會產生這種"三多"現象,它是否也是影響泵的效率因素呢?

  "三多"現象是如何形成的?

  通過多次試驗,發現為了增加塑料葉輪葉片的機械強度,增厚了塑料葉輪葉片的厚度后,導致了葉輪葉片的尾角延長,葉輪葉片尾角的延長,又導致了塑料葉輪葉片內彎增大,葉輪葉片內彎的增大導致內彎處的流體壓力降低,形成了一個相對的流體低壓區,與其它區域的流體壓差增大,這種壓差致使了局部蝸流的產生,局部蝸流的展延、運動,又產生了局部的逆流,增加了泵腔內流體的流阻,降低了泵的效率。

  進而又發現縮短塑料葉輪葉片的尾葉,能有效降低這種"三多"現象,但是要減少葉片的尾葉,就要減薄塑料葉輪葉片的厚度,而減少到同金屬葉輪葉片厚度的同等水平,塑料葉輪葉片的機械強度就不行了,塑料葉輪葉片薄,在70℃以上的工況下運行,葉片就會變形,耐磨性就會下降,使用壽命就會縮短,這就產生了兩難選擇:要么加厚葉輪葉片延長使用壽命,以產生蝸流、逆流,降低泵效率為代價。要么減薄葉片、提升泵效率,以縮短葉輪使用壽命為代價。要達到使用壽命,運行效率兼顧是兩難選擇。

改良前后液體在泵腔的示意圖

  通過多次假設、多次選擇、多次試驗,終于找到了一個二者兼顧的辦法:即在塑料葉片的尾部設置導流斜角,達到既不減薄葉輪葉片厚度、不影響葉輪強度、不影響葉輪的耐磨使用壽命,又減少蝸流、逆流、緩流區的效果。

改良前后葉輪葉片形態圖對比

改良前后葉輪外形圖對比

manbetx体育  經過試驗,證明了通過上述改良可以提升塑料泵效率1~3%左右,取得了極理想的效果,為確保此項發明的權益,公司申請了多項專利,專利號(申請號):201621271257.1、201621271232.1、201611049786.1、201630599935.6、201630599934.1、201630599936.0、201630599922.9、201630599927.1。

  至此,宙斯泵通過了上述三個方面的改良,能為塑料離心泵,尤其是全塑型、襯塑型耐腐耐磨泵提升效率5~15%左右,為塑料防腐耐磨泵提升效率找到了一條新路。估計能為廣大耐腐耐磨的用戶節省能源消耗10~25%左右,節約運行費用近20%左右,切切實實為用戶帶來了實惠。

  上述技術改良的產品,因牽涉到模具的開制、設備的改良等因素,估計能在2017年內陸續供應市場,我們會加速推進,盡快把改良后的高效率泵供應市場,同時我們也計劃分批對原有客戶已在使用的塑料離心泵進行改造(當然應在客戶自愿的基礎上),更大程度地使大家共享上述創造發明白的成果。

改良前的測試數據

改良后的測試數據

  如前二圖所示,250UHB系列泵的葉輪,經改良后,機組最高效率從原來的55%提升到66%左右,可以為用戶節約20%左右的能耗!

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