稳定工况水泵的三维流场节电改造技术应用研究1030.pptx

一、项目基本情况1.1 背景介绍 节节能能减减排排作作为为一一项项基基本本国国策策，是是我我们们的的重重要要社社会会责责任任。一一次次偶偶然然的的机机会会，到到广广西西盛盛隆隆冶冶金金公公司司 参观，了解到：参观，了解到：n n水水泵泵是是我我国国工工业业领领域域最最主主要要的的耗耗能能设设备备之之一一 ，全全国国水水泵泵装装机机约约30003000万万台台，总总容容量量约约24000MW24000MW，耗能总量约占全国发电量的耗能总量约占全国发电量的20%-25%20%-25%。n n水泵的工况有两类，一类是经常变化的工况，一水泵的工况有两类，一类是经常变化的工况，一类是相对稳定类是相对稳定 的工况。对于相对稳定的工况；的工况。对于相对稳定的工况；n n目前常规的做法是采用更换新泵、加装变频器、目前常规的做法是采用更换新泵、加装变频器、叶轮切削等技术进行节能改造，但是上述技术都叶轮切削等技术进行节能改造，但是上述技术都有缺点。有缺点。1.2 思路分析常规做法的缺点：常规做法的缺点：n n 更换新泵：管路、电动机等均须更换，不但投资大，工程复杂影响生产；n n 加装变频器：增加了新的故障点，也会给电网带来新的污染；n n切割叶轮：泵的效率较低，而且只能改小不能改大。1.2 思路分析我的思考：我的思考：我的思考：我的思考：如果能够根据实际使用的流量、扬程参数作设如果能够根据实际使用的流量、扬程参数作设计点参数，在不动泵体、电机、电路、管路等设备计点参数，在不动泵体、电机、电路、管路等设备的前提下，提高水泵效率，则能够事半功倍，以最的前提下，提高水泵效率，则能够事半功倍，以最小的代价获得最高的节能效益。小的代价获得最高的节能效益。我的方法：我的方法：我的方法：我的方法：通过请教专家，查找节能资料，确定稳定工况通过请教专家，查找节能资料，确定稳定工况下的水泵节电改造，可以采用下的水泵节电改造，可以采用优化水力设计，优化水力设计，重新设计高效叶轮重新设计高效叶轮的方法。的方法。1.3 数据调研型号型号:16SH扬程：扬程：22m流量：流量：1918 m3/h转数：转数：1480r/min轴功率：轴功率：160kW通过对广西盛隆冶金有限公司的调研，选定炼铁厂上塔泵进行应用研究。1.4 泵站示意图运行工况运行工况:4用1备1.5数据记录与测试数据记录与测试现场测试流量为：1550 m/h现场记录的改造前电流为：255A电压为：380V1.6工况参数调研及测试数据原泵铭牌参数原泵铭牌参数原泵铭牌参数原泵铭牌参数额定流量额定流量（mm/h/h）额定扬程额定扬程 （mm）额定功率额定功率（kWkW）额定电流额定电流 (A)(A)额定电压额定电压（V V）额定转速额定转速（r/minr/min）19181918222216016029729738038014801480现场测试数据现场测试数据现场测试数据现场测试数据单泵流量单泵流量（mm/h/h）阀前压力阀前压力（MPaMPa）汇管压力汇管压力（MPaMPa）电机实际功率电机实际功率（kWkW）运行电流运行电流(A)(A)运行电压运行电压(V)(V)155015500.20.20.1440.144142.6142.6255255380380据此重新选定改型泵的设计参数据此重新选定改型泵的设计参数:Q=1600mQ=1600m/h/h，扬程，扬程H=16mH=16m。n n按最佳工况运行原则，对按最佳工况运行原则，对叶轮内部的三维立体空间无限地分割，叶轮内部的三维立体空间无限地分割，叶轮内部的三维立体空间无限地分割，叶轮内部的三维立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立准确的水力数学模型建立准确的水力数学模型和参数采集标准，量身定做高效节能泵或高效叶轮，达到节能最和参数采集标准，量身定做高效节能泵或高效叶轮，达到节能最大化。大化。三维流场计算方法，对叶轮流道分析可以做到最准确，反三维流场计算方法，对叶轮流道分析可以做到最准确，反三维流场计算方法，对叶轮流道分析可以做到最准确，反三维流场计算方法，对叶轮流道分析可以做到最准确，反映流体的流场、压力分布也最接近实际。映流体的流场、压力分布也最接近实际。映流体的流场、压力分布也最接近实际。映流体的流场、压力分布也最接近实际。二、技术应用原理二、技术应用原理2.1 2.1 技术原理技术原理 能量守恒定理：能量守恒定理：能量守恒定理：能量守恒定理：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，而能的总量保持不变。别的物体，而能的总量保持不变。2.2 2.2 定理和方程定理和方程电能电能机械能机械能热能热能泵系统泵系统+我们所做的是：提高泵系统的能量转换效率！我们所做的是：提高泵系统的能量转换效率！我们所做的是：提高泵系统的能量转换效率！我们所做的是：提高泵系统的能量转换效率！n n伯努利方程伯努利方程伯努利方程伯努利方程 ：H=(pH=(p2 2-p-p1 1)/g+(c)/g+(c2 2-c-c1 1)/2g+z)/2g+z2 2-z-z1 1 式中：式中：H H扬程，扬程，mm；p p1 1，p p2 2泵进出口处液体的压力，泵进出口处液体的压力，PaPa；c c1 1，c c2 2流体在泵进出口处的流速，流体在泵进出口处的流速，m/sm/s；z z1 1，z z2 2进出口高度，进出口高度，mm；液体密度，液体密度，kg/mkg/m3 3；g g重力加速度，重力加速度，m/sm/s2 2 2.2 2.2 定理和方程定理和方程伯努利方程意为：理想流体在流动中，流线上任意两点的伯努利方程意为：理想流体在流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。压力势能、动能与位势能之和保持不变。uu根据根据根据根据工况工况工况工况“量体裁衣量体裁衣”，设计高效叶轮，换装于原泵内。，设计高效叶轮，换装于原泵内。，设计高效叶轮，换装于原泵内。，设计高效叶轮，换装于原泵内。uu不用改变现有泵体、电机、管路、电路，不用改变现有泵体、电机、管路、电路，。2.3 2.3 技术特点技术特点主要特点主要特点施工、运行、维护简单施工、运行、维护简单对生产影响小对生产影响小有效降低工序单耗有效降低工序单耗节电效果明显节电效果明显充分保护原有投资充分保护原有投资无电网污染无电网污染3.1 3.1 叶轮设计叶轮设计计算比转速:a叶轮外径D2。b 叶轮出口宽度 b2。c 叶片出口角2。为了增大泵的通流能力，使之在大流量区有较高的效率，选取比较大的出口角40。3.2 3.2 叶轮设计图叶轮设计图3.3 3.3 叶轮对比图叶轮对比图a叶片加宽了许多，以增大流通能力；b叶轮直径减小，而出口宽度增大；c叶片扭曲度较一元流大很多；d叶片进口边向来流进口伸展，减少进口损失。现场安装现场安装施工施工四、应用效果分析4.1 改造前后流量、压力数据流量提高流量提高流量提高流量提高压力提高压力提高压力提高压力提高流量、压力提高，保证生产工况的需求流量、压力提高，保证生产工况的需求流量、压力提高，保证生产工况的需求流量、压力提高，保证生产工况的需求四、应用效果分析4.1 改造前后电流、功率数据电流下降电流下降电流下降电流下降功率下降功率下降功率下降功率下降电流、功率下降，达到了节电降耗的目的电流、功率下降，达到了节电降耗的目的电流、功率下降，达到了节电降耗的目的电流、功率下降，达到了节电降耗的目的4.3 节电效果 改造后：改造后：泵组效率提高到：按照4用1备的方式运行，每年可节约电量:按平均电价0.6元/度计算，每年节约电费:改造前：改造前：泵组效率：单泵节约电功率：单泵节约电功率：节电率：节电率：43.943.9万元万元。73.373.3万万kWhkWh。五、创新点 将先进的三维流场计算方法应用于稳定工况下的水泵改造。实现很小的投入和简单的施工，获得巨大的节能效果。六、意义 稳定工况运行的水泵，在很多行业的生产过程中都普遍存在，如：l钢铁行业钢铁行业中使用的各型号供水泵、冷却泵、软水泵；l供水供水行业行业中的供水泵、清水泵等；l发电发电行业行业中使用的各型号循环水泵等；l化工行业化工行业中的各型号供水泵、循环水泵等。所以，我们的研究在各行业中的推广前进都很大。所以，我们的研究在各行业中的推广前进都很大。七、结论 通过实例应用研究，可见三维流场计算方法在水泵叶轮设计方面的优势，通过此技术直接对稳定工况水泵的叶轮进行改造，不但能够提高水泵的运行效率，实现节能;而且可以实现“保证电机不超载的情况下，改变扬程，提高流量”的技术目标，同时工程实施简单，可操作性强。六、致谢在本项目的研究、实施过程中，得到了李杰老师、谢老师、陈良福老师、黄科叔叔和我父亲的指导和帮助，在此表示感谢!