大流量高速泵的改型设计与实验

石油化工设计

Petrochemical

DesigrI

大流量高速泵的改型设计与实验

林慧超1，张玉良2，陈通励1，陈

书1

(1．浙江天德泵业有限公司，浙江温州325800；2．衢州学院机械工程学院，浙江衢州324000)

摘要：针对某一型号大流量高速泵运行过程中径向力过大和诱导轮轴端跳动过大的情况，对此进行了3处改型设计。导叶设计为具有3个出口、均匀分布的扩散体，叶轮设计为径向直叶片开式叶轮，诱导轮设计为变螺距结构形式。实验结果表明，改型后的高速泵具有可靠的外特性曲线和优良的汽蚀性能。长时间的现场可靠运行证实径向力和轴端跳动大幅减少。

关键词：大流量

高速泵

变螺距诱导轮开式叶轮导叶

高速离心泵具有扬程高和结构紧凑等优点，在石油、化工、航空航天、制药、冶金及轻工业等领

域有着广泛的应用¨。21。某炼化分公司70万∥a

和导叶)分别进行了优化设计。

1．1变螺距诱导轮设计

变螺距诱导轮具有良好的性能和较高的扬程系数，其产生的出口扬程能更好地满足叶轮进口的能量要求，改善汽蚀性能。改型设计采用3叶片变螺矩诱导轮结构，可大大地缩短诱导轮的轴向长度，共缩短30mm；且紧固方式采用内螺纹，用双头螺柱连接诱导轮与叶轮，消除了由于是整体式加工存在的应力问题。

诱导轮设计成具有较小叶片进口角渐增至较大叶片出口角的变螺距结构形式，诱导轮的螺距和叶片弧长是线性变化的。叶片角按线性变化选取，对于在距离进口叶片包角p处的任一位置，诱导轮叶片安放角由下式求得：

届i=卢i。+[(卢岔一卢i，)p]／砂

(1)

裂解汽油加氢装置一位号P一7501A／B一段加氢进料泵采用高速泵GSB—Q一83／340完成输送，

3／h，扬输送介质：C6～c。，温度：45℃，流量：83m程340m，装置汽蚀余量：6m，转速：9

500r／min，

配套功率：132kw。为提高高速泵的抗汽蚀性能，该泵使用了诱导轮技术旧曲j。实际运行3个月后发现存在的问题有：诱导轮螺栓断裂，滑动轴承单点磨损较严重，运行中伴有振动现象。经过分析后认为原因是：1)诱导轮在加工螺纹处时产生应力，加工完毕无消除应力措施，从而造成诱导轮螺纹处应力集中。诱导轮在设计时是采用2叶片等螺距结构，造成诱导轮轴向尺寸过长，轴端振动增

大，容易造成机械密封及滑动轴承的损伤。2)蜗

其中，砂为叶片总包角，反。、&分别为诱导轮

叶片进、出口安放角。为使高速泵不发生汽蚀，泵叶轮需要的汽蚀余量减去诱导轮产生的扬程应小于装置汽蚀余量，最终进行改型设计的诱导轮的主要几何参数见表1。其中D：为诱导轮叶尖直

收稿日期：2013—12—11。

作者简介：林慧超，女，2013年毕业于电子科技大学机电一体化技术专业，助理工程师，主要从事高速泵的理论设计与实验测试研究工作。联系电话：0577—

68802088．E—mail：hchlin@126．com

壳形式是渐开线型，蜗壳出口采用1个圆型喷嘴口切线方向出去。采用单个圆型喷嘴不易平衡离心泵径向力，容易产生流体扰动现象。3)叶轮是复合叶轮结构。受闭式叶轮结构的制约，致使泵水力部分轴向长度较长，悬臂增长容易造成轴端跳动

厉害，从而损坏机械密封及滑动轴承。为此进行了

改型设计，经实验和现场运行证实，改型后的高速泵具有优越的水力输送性能和良好的运行可靠性。

1

改型案

基金项目：浙江省自然科学基金项目资助(No．

LYl2E06002、

水力部分重点对3处过流部件(诱导轮、叶轮

2014年第2期(第3l卷)林慧超等．大流量高速泵的改型设计与实验

径，互为叶片数，5。、．s：为人口和出口螺距，￡为变螺距轴向距离，尺。。为进口轮毂比，R虚为出口轮毂比，口。为前缘包角。变螺距诱导轮水力结构见图1。

表1变螺距诱导轮的主要几何参数

符号

Al

数值

12018．5074．5mm

349．75

符号

L尺圳月正口l

数值

64．98

nun

JB岔

DI

O．15O．4529003650

图2径向式开式叶轮

五

SIS2

m

1．3蜗壳的设计

砂

78．7mm

根据设计经验，对输送流量60m3／h以上的泵采用3个矩形截面的导叶式扩散体，并与环形蜗壳相匹配。该结构形式可有效地平衡径向力，消除流体扰动，降低泵机组运行振动现象。

1)较大流量时，基圆直径D，应取大值，可避

免因液流阻塞而引起的噪声、振动和隔舌处的汽蚀。

图1变螺距诱导轮水力结构示意

D3=(1．03—1．08)D：(5)

1．2离心叶轮设计

2)导叶喉部扩散面积F是控制泵的流量和功率的关键。F不仅影响到整个蜗壳的大小，而且也关系到离心泵的最大工作流量Q。。。。此次改进方案采用了3个矩形截面喷嘴，F的计算公式是：

在改型设计中，采用径向式开式叶轮，8枚直叶片呈辐射状，其出口叶片安放角为900。开式叶轮具有比闭式叶轮更高的扬程系数，因此减小了叶轮外径。同时改型后新设计的叶轮轴向尺寸缩

短了9mm，与诱导轮组成的优化水力部件轴向尺寸共缩短了39mm，大大地减短了悬臂，提高了泵运行的可靠性、稳定性。

{

rF=(1一∥360)Q／屹

【圪=K3√一2胡

(6)

其中，蚝是蜗形体中的圆周方向平均速度，g

=9．81

1)诱导轮与叶轮的匹配。最佳诱导轮的出口直径要大于叶轮的进口直径，诱导轮与叶轮之间在轴向上应保持最小间隙6．：

6l=1rD。ta邶12

2)叶片进出口直径D。和JD：：

D，=(0．80—0．98)D。

(3)(2)

H∥s2，日为沿程，m。最终设计得到的导叶

式扩散体的主要几何参数见表3，水力扩散结构见

图3。

表3导叶的主要几何参数

D3／m

149

玛

O．44

屹／(ms一1)∥mm2

35．94

675

Ⅱ／mm10

6／mm225

在工况参数一定的情况下，叶轮外径D：是确定泵扬程的最主要参数。设计时可根据扬程系数由来确定开式叶轮的外径：

D2=60／(竹，1)√g肜咖

(4)

最终设计得到新叶轮的主要几何参数见表2，

6，、6：为叶片进口和出口宽度，届：为叶轮出口角，Z

为叶片数。其开式叶轮见图2。

表2开式叶轮的主要几何参数

图3扩散体结构示意

2试验结果

对改型后的高速泵(见图4)进行了外特性的

18

石油化工设计

2014年第2期(第3l卷)

性能实验和汽蚀实验，结果见图5。成功的，再未出现径向力过大和诱导轮轴端跳动过大导致的轴承烧毁和诱导轮断裂等现象。

参考文献：

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图5性能试验结果

根据图5试验结果反映，在设计流量点83m3／h处，泵输送扬程达到343m，完全达到了输送要求。在同类产品中输送效率较高，达到了59％，同时汽蚀余量必须达到2．84m。对于径向力过大和诱导轮轴端跳动过大的验证，是通过长时间的现场运行情况间接得到的。该泵经改型设计后，长时间的现场可靠运行表明该泵的改型设计是

哺1J\"

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(上接第15页)

表2两种流程对装置投资的影响

项目

常顶循泵常顶空冷器常顶回流罐常顶回流泵常压塔壳体常压塔内件合计

常规流程

设备情况

DSJHl0×14x15，2套

取消常压塔顶循环回流流程

费用／万元

120368．2

00

设备情况Gp9×3，6管排14片妒800×8000(切)(卧)DSJH6×lO×19A，2套

费用／力兀

O429．749700

GP9×3，6管排12片

2．1m高卵600

材质：16MnR+UNS

N06625

N06625

192．6

3层浮阀塔盘，材质：UNS

6451325．8

0548．7

常规流程中用于常顶油汽的3台咖l700钛材换热器，应该可以采用碳钢换热器，由此可节省设备投资约1910万元。常一线、减一线及减顶回流的冷却器也可以取消。当然为提高装置的适应能力和开停工需要，必要的备用冷却设备是需要保留的。因此，此项节省不计列。综上所述，取消常顶循环回流，装置设备的投资将减少

2

5结语

1)取消常压塔顶循环回流，同时塔顶油汽采

用两段冷凝冷却流程，避免了常压塔顶部和常顶油汽换热器凝结水的出现，有效降低了H：s—cl一的腐蚀性。

2)与常规流程相比较，换热终温基本不受影响。装置流程更加简单，操作易于控制。

3)装置投资降低。

877元。