馬榜樣

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

改進(jìn)型水泵葉輪在熔煉車間的應(yīng)用

馬榜樣

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

閃速熔煉爐冷卻水循環(huán)水泵，是閃速熔煉爐循環(huán)水系統(tǒng)的核心關(guān)鍵設(shè)備，它的運行狀態(tài)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(xiàn)有工藝及其他設(shè)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(huán)泵的葉輪進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決了生產(chǎn)實際問題的技術(shù)應(yīng)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(huán)水系統(tǒng)，在正常生產(chǎn)時不僅供閃速熔煉爐冷卻水循環(huán)使用外，還要為蒸汽干燥排煙風(fēng)機，閃速爐廢熱鍋爐循環(huán)水泵，開爐風(fēng)機提供一定的冷卻水。當(dāng)全廠事故停電斷水時，該系統(tǒng)除了上述設(shè)備外，還要為以下設(shè)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(yīng)急發(fā)電機等設(shè)備。因此它的好壞直接影響熔煉車間關(guān)鍵設(shè)備的安危。

閃速爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)［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(zhuǎn)速1450rpm。該泵由長沙天鵝工業(yè)（貴溪博格）泵廠生產(chǎn)，配套電機功率為250kW，電機轉(zhuǎn)速為1485rpm。水泵的運行模式為：2用2備，并聯(lián)，要求保障有兩臺泵不間斷運行。

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

2 技改前運行指標(biāo)與分析

2.1實際情況

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，經(jīng)流體工程學(xué)［3］計算，本系統(tǒng)實際運行參數(shù)如下：

表1　技改前水泵運行參數(shù)

現(xiàn)場實測2臺泵并聯(lián)運行流量在2600～2650m3/h左右，未達(dá)到額定流量值。

2.2流量未達(dá)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(shè)計效率較低，制造精度較差。

3 改進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)，前提是：使用現(xiàn)有的電動機，使用現(xiàn)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(jìn)：

3.1采用高效葉輪設(shè)計技術(shù)

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(shè)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(yōu)化設(shè)計。

傳動的葉輪設(shè)計師是采用二維設(shè)計，通過多年的生產(chǎn)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(shè)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(dāng)前比較好，也逐步在推廣應(yīng)用的三元流量理論［5］和CFD流體力學(xué)理論，通過兩種理論計算和優(yōu)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(lián)軸器，再帶動水泵的轉(zhuǎn)子，這樣就可以把電能通過機械連接方式轉(zhuǎn)化為流體的能量。假設(shè)在葉輪軸中心線上建立一個三維坐標(biāo)系，分別用（R、φ、Z）來表示，葉輪上任何一點都可以由此坐標(biāo)系來確定。假設(shè)葉輪上任何一點的流速W的函數(shù)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(guān)的參數(shù)。

簡單的說三元流設(shè)計技術(shù)將葉輪內(nèi)部建立三維坐標(biāo)系，分割內(nèi)部空間，然后分析每個點的工作狀況，建立數(shù)學(xué)模型，得到合適的結(jié)果，然后優(yōu)化葉片的角度、葉片數(shù)、葉片扭曲程度，減少能量損失，從而獲得水泵內(nèi)部的最佳流動狀態(tài)，保證水泵輸送效率最高。

圖1　葉輪、圓柱坐標(biāo)（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(shù)，提高效率。與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)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(jìn)行密封檢查

水泵葉輪在改進(jìn)前，對水泵連接的進(jìn)口閥門和出口閥門進(jìn)行密封性檢查，保證水泵現(xiàn)場安裝時不漏水，不影響安全生產(chǎn)和安全檢修。

3.4優(yōu)化調(diào)整

對水路的管道進(jìn)行流量優(yōu)化分配調(diào)整、對閥門內(nèi)部進(jìn)行清理或更換，減少能量損失，然后按照現(xiàn)場需求盡可能實行按需操作。通過一段時間的實踐，改進(jìn)后的葉輪可以滿足現(xiàn)場的需求，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2　技改后水泵運行工況

4 改進(jìn)后數(shù)據(jù)

通過表1與表2的比較，改進(jìn)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(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的。

5 高效節(jié)能計算

（1）每小時節(jié)電量：

每千噸水節(jié)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(jié)電率：

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

6 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)場實際工作情況，結(jié)合合理的設(shè)計理念，有針對性的對工藝或設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，可以為企業(yè)節(jié)約一定的生產(chǎn)成本，也可以為同行業(yè)的同類型的設(shè)備改進(jìn)提供借鑒。

［1］劉樹峰. 閃速熔煉技術(shù)發(fā)展趨勢［J］. 銅業(yè)工程， 2013（5）:8-9.

［2］劉金華， 龔賓. 田灣核電站核島設(shè)備冷卻水系統(tǒng)緩蝕劑的電化學(xué)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(lǐng)域節(jié)能減、低碳技術(shù)的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化［J］. 上海節(jié)能（節(jié)能論壇）， 2013（11）:239-30.

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

［6］莊雷， 孫婷婷， 何洪旭. 瓷面處理技術(shù)與陶瓷托槽的抗剪切力強度［J］. 黑龍江醫(yī)學(xué)， 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(xué)學(xué)士，主要從事設(shè)備管理等方面的工作。E-mail：345083032@qq.com