改進型水泵葉輪在熔煉車間的應用

馬榜樣

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

改進型水泵葉輪在熔煉車間的應用

馬榜樣

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

閃速熔煉爐冷卻水循環水泵，是閃速熔煉爐循環水系統的核心關鍵設備，它的運行狀態好壞直接影響到閃速熔煉爐的安危，文章介紹了作者利用“三元流量理論”，在不改變現有工藝及其他設備配置的前提下，以最小的技改成本，對閃速熔煉爐冷卻水循環泵的葉輪進行優化改進，解決了生產實際問題的技術應用。

閃速熔煉爐；水泵；葉輪；三元流量理論；高效

1 引言

閃速熔煉爐［1］循環水系統，在正常生產時不僅供閃速熔煉爐冷卻水循環使用外，還要為蒸汽干燥排煙風機，閃速爐廢熱鍋爐循環水泵，開爐風機提供一定的冷卻水。當全廠事故停電斷水時，該系統除了上述設備外，還要為以下設備提供冷卻水：陽極爐爐口冷卻水、儀表空壓機、鍋爐給水泵，事故應急發電機等設備。因此它的好壞直接影響熔煉車間關鍵設備的安危。

閃速爐循環冷卻水系統［2］配有4臺型號為TS400-450水泵，四臺水泵額定流量、揚程分別為1532m3/h、53m，四臺水泵最大轉速1450rpm。該泵由長沙天鵝工業（貴溪博格）泵廠生產，配套電機功率為250kW，電機轉速為1485rpm。水泵的運行模式為：2用2備，并聯，要求保障有兩臺泵不間斷運行。

由于生產之需，要求冷卻水的供應量有所增加，一致兩臺水泵的流量難以滿足生產需求了，第三臺備用水泵會隨時啟動補充供應水量，針對這種生產情況，為了確保系統的兩用兩備的保障性，作者組織技術人員對現有的水系統進行了分析改進，最終滿足了生產需求。

2 技改前運行指標與分析

2.1實際情況

根據現場實測數據，經流體工程學［3］計算，本系統實際運行參數如下：

表1　技改前水泵運行參數

現場實測2臺泵并聯運行流量在2600～2650m3/h左右，未達到額定流量值。

2.2流量未達到額定值原因分析

（1）水泵偏離最佳工況范圍運行，實際運行效率走低；

（2）水泵本身設計效率較低，制造精度較差。

3 改進方案

在改動量最小，效益最高的前提下，決定實施對四臺水泵葉輪進行改進，前提是：使用現有的電動機，使用現有的管道，不改變原來的操作方式和工作方式，具體通過以下四點實施改進：

3.1采用高效葉輪設計技術

TS400-450型水泵，該泵的核心是葉輪，葉輪的好壞直接影響水泵的工作效率，那么影響葉輪的好壞的因素有哪些呢，第一葉輪的原始設計即葉輪的幾何形狀和位置，第二是葉輪的制作精密程度。那么下面從兩點介紹TS400-450水泵葉輪的優化設計。

傳動的葉輪設計師是采用二維設計，通過多年的生產實踐得知，水泵的效率不高，最高的效率在70%～80%左右，有很大一部分能量都損失了，對于本次改造，目的是想設計一個高效水泵葉輪［4］，從考慮能量損失最小、水泵的效率最高以及水泵葉輪耐汽蝕性能最好著手，采用當前比較好，也逐步在推廣應用的三元流量理論［5］和CFD流體力學理論，通過兩種理論計算和優化，尋找最合適的參來保證葉輪的高效性能。

水泵傳動方式是，電動機帶動直連式彈性聯軸器，再帶動水泵的轉子，這樣就可以把電能通過機械連接方式轉化為流體的能量。假設在葉輪軸中心線上建立一個三維坐標系，分別用（R、φ、Z）來表示，葉輪上任何一點都可以由此坐標系來確定。假設葉輪上任何一點的流速W的函數W=f（R，φ，Z），如圖（1）所示， 可以計算出葉輪上面任何一點的流速，在從軸功率與葉輪的寬度，葉輪的直徑入手，可以確定葉輪的直徑和流道的寬度，從而確定水泵相關的參數。

簡單的說三元流設計技術將葉輪內部建立三維坐標系，分割內部空間，然后分析每個點的工作狀況，建立數學模型，得到合適的結果，然后優化葉片的角度、葉片數、葉片扭曲程度，減少能量損失，從而獲得水泵內部的最佳流動狀態，保證水泵輸送效率最高。

圖1　葉輪、圓柱坐標（R、φ、Z）及流動速度W

3.2采用高效葉輪制造工藝

閃速爐TS400-450水泵葉輪，采用了精密鑄造，保證葉輪的精度和表面的粗糙度。葉輪葉片采用交錯布置方法，減少葉輪渦流損失2%以上，過流部件通過表面涂層處理或瓷面處理［6］，大幅改善了過流部件的表面粗糙度，降低摩擦系數，提高效率。與傳統工藝產品相比，高效葉輪的流體輸送效率平均提高3～8%，且氣蝕性能和使用壽命均有大幅度的提高，且氣蝕性能和使用壽命均有大幅度的提高。

3.3對閥門進行密封檢查

水泵葉輪在改進前，對水泵連接的進口閥門和出口閥門進行密封性檢查，保證水泵現場安裝時不漏水，不影響安全生產和安全檢修。

3.4優化調整

對水路的管道進行流量優化分配調整、對閥門內部進行清理或更換，減少能量損失，然后按照現場需求盡可能實行按需操作。通過一段時間的實踐，改進后的葉輪可以滿足現場的需求，具體數據如表2。

表2　技改后水泵運行工況

4 改進后數據

通過表1與表2的比較，改進后總管壓力高了0.1MPa，流量至少增加了350m3/h，電流至少下降了5A，電動機的輸出功率至少減少了4kW，達到了預期的設計目的。

5 高效節能計算

（1）每小時節電量：

每千噸水節電量=技改前千噸水耗電量-技改后千噸水耗電量，△P=193.1-165.3 =27.8kW·h。

（2）節電率：

節電率=千噸水節電量÷技改前千噸水耗電量，η=27.8/193.1=14.3%。

6 結束語

根據現場實際工作情況，結合合理的設計理念，有針對性的對工藝或設備進行優化改進，可以為企業節約一定的生產成本，也可以為同行業的同類型的設備改進提供借鑒。

［1］劉樹峰. 閃速熔煉技術發展趨勢［J］. 銅業工程， 2013（5）:8-9.

［2］劉金華， 龔賓. 田灣核電站核島設備冷卻水系統緩蝕劑的電化學行為研究［J］. 核動力工程， 2013（5）:160-161.

［3］任世瑤， 陳津迪. 流體工程領域節能減、低碳技術的研究開發與產業化［J］. 上海節能（節能論壇）， 2013（11）:239-30.

［4］張亞生， 張麗莎. 水泵葉輪三元流技術研究與應用［J］. 給水排水，2008（z2）:305.

［5］張亞生， 張麗莎. 水泵葉輪三元流技術研究與應用［J］. 給水排水，2008（z2）:304.

［6］莊雷， 孫婷婷， 何洪旭. 瓷面處理技術與陶瓷托槽的抗剪切力強度［J］. 黑龍江醫學， 2010（9）:700.

The Application of Modified Water Pump Impeller in Smelting Workshop

MA Bang-yang
（Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi， Jiangxi， 335424， China）

Flash smelting furnace cooling water circulating pump， which was the core equipment of the flash furnace circulating water system， its operation status could directly affect the safety of the flash furnace. This paper introduced the writer's 'Ternary Flow Optimization' theory， which could improve and optimize the flash smelting furnce cooling water circulating pump without change current technique and equipment. Using minimum cost to solve production actual problem.

flash smelting furncec；water pump；impeller；ternary flow theory；efficient

TH31

B

1009-3842（2016）03-0080-03

2015-10-10

馬榜樣（1980-），男，安徽靈璧人，工學學士，主要從事設備管理等方面的工作。E-mail：345083032@qq.com