淺議單級(jí)臥式雙吸離心泵在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用
來(lái)源：上海寶鋼工程技術(shù)有限公司 閱讀：3352 更新時(shí)間：2009-10-23 09:381.概述
在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)供水泵一般要求為大流量(單泵常規(guī)流量在幾百m3/h以上、最大流量可達(dá)上萬(wàn)m3/h)、中揚(yáng)程(最常見(jiàn)的水泵出水壓力在0.4~0.6MPa、水泵揚(yáng)程一般最高不會(huì)超過(guò)1.6MPa)，水泵的工作制度是連續(xù)24小時(shí)供水，另外循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)水量要求也比較恒定。單級(jí)臥式雙吸離心泵因適宜工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的供水工況要求，并且具有結(jié)構(gòu)緊湊、整體可靠性和穩(wěn)定性高、相對(duì)不易汽蝕、檢修方便等特點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。
本文就單級(jí)臥式雙吸離心泵在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括水泵選型要點(diǎn)、在使用中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決的方法等做了初步的分析和探討，供實(shí)際工程和生產(chǎn)應(yīng)用的參考。
2.水泵選型要點(diǎn)
水泵的選型是包括基本參數(shù)的確定、主要部件材質(zhì)、軸封形式、聯(lián)軸器等的選擇。
2.1水泵基本參數(shù)的確定
水泵選型應(yīng)根據(jù)工程的具體要求，設(shè)定水泵的基本參數(shù)。水泵的基本參數(shù)包括流量(m3/h)、揚(yáng)程(mH2O)、轉(zhuǎn)速(r/min)、汽蝕余量NPSH(mH2O)、效率(%)、軸功率(kW)、比轉(zhuǎn)數(shù)等。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水泵主要需要討論的參數(shù)為流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速。
2.1.1流量和揚(yáng)程
流量和揚(yáng)程是水泵最基本的兩個(gè)參數(shù)。對(duì)于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水泵來(lái)說(shuō)，流量和揚(yáng)程主要是根據(jù)工藝設(shè)備的用水要求和管網(wǎng)系統(tǒng)的水力損失計(jì)算來(lái)確定的。
但是在確定供水泵的流量和揚(yáng)程時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
①對(duì)于冷卻水系統(tǒng)而言，設(shè)備冷卻的效果主要取決于冷卻水量的多少，在滿足了工藝設(shè)備進(jìn)口所需要的壓力的前提下，水量應(yīng)當(dāng)留有一定的富裕，作為水力平衡調(diào)節(jié)時(shí)使用(通常的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為多用戶系統(tǒng)，設(shè)計(jì)很難保證每個(gè)用戶均能處于剛好滿足其需要水量的工況)；
②在確定水泵的揚(yáng)程時(shí)，首先要進(jìn)行準(zhǔn)確的水力計(jì)算，另外，水泵的揚(yáng)程不宜留有太多的富余量；這是因?yàn)楣に囋O(shè)備所提出的水壓要求往往是按照最不利條件設(shè)定的，其水壓要求的本身已經(jīng)留有富裕量；如果水泵的揚(yáng)程再留有太多的富裕，實(shí)際在用戶處的壓力根本遠(yuǎn)達(dá)不到這種情況，根據(jù)水泵的特性曲線和管道的特性曲線，水泵實(shí)際揚(yáng)程會(huì)下降，流量將會(huì)變大，而電機(jī)的流量會(huì)大幅度上升，功率也會(huì)大幅度上升，如果超出額定值，可能會(huì)損壞電機(jī)；另外，隨著流量的大幅度上升，水泵的轉(zhuǎn)速也會(huì)變大，會(huì)對(duì)水泵的泵軸產(chǎn)生不利影響；同時(shí)，泵在大流量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水泵的必需汽蝕余量(NPSHr)也會(huì)大幅度上升，容易產(chǎn)生汽蝕，也會(huì)增加水泵斷軸的幾率；
③大型工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常采用多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，如二用一備、三用一備、四用二備等工況是經(jīng)常出現(xiàn)的，這時(shí)必須要意識(shí)到水泵并聯(lián)運(yùn)行后，單臺(tái)水泵的出水能力受管路特性曲線和水泵特性曲線的共同作用必然減小，因此，在確定水泵的流量參數(shù)時(shí)，必須加以注意。在一般情況下，二用一備的工況，單臺(tái)工作泵的流量下降為只開(kāi)一臺(tái)水泵流量時(shí)的約90%。
2.1.2轉(zhuǎn)速
水泵轉(zhuǎn)速是影響水泵性能的重要參數(shù)，通常有2900rpm、1450rpm、950prm等。轉(zhuǎn)速越高，所需的葉輪直徑就越小，水泵體積小，相同的流量所需要的電機(jī)功率就小，但水泵的必需汽蝕余量(NPSHr)值大，容易發(fā)生汽蝕；轉(zhuǎn)速越低，所需的葉輪直徑就越大，水泵體積大，相同的流量所需要的電機(jī)功率就大，但運(yùn)行平穩(wěn)、聲音小，且水泵的必需汽蝕余量(NPSHr)值小，水泵的使用壽命長(zhǎng)。
采用高轉(zhuǎn)速的水泵，可以節(jié)約一次性成本、降低水泵的能耗，需要的安裝空間小，一般在目前的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都時(shí)，均選用高轉(zhuǎn)速的水泵。
但是，水泵轉(zhuǎn)速高同時(shí)也帶來(lái)了噪聲大這一弊病，特別時(shí)在大型循環(huán)冷卻水露天泵場(chǎng)，幾臺(tái)設(shè)置幾十臺(tái)大功率、高轉(zhuǎn)速水泵噪聲的疊加，對(duì)環(huán)境已經(jīng)帶來(lái)了影響。從環(huán)保的角度而言，應(yīng)選用低噪聲的工藝和設(shè)備，因此，在大型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的露天泵場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要加以反復(fù)權(quán)衡考慮，判斷水泵作為噪聲源對(duì)周邊環(huán)境的影響。噪音的測(cè)量應(yīng)遵守《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，在距水泵、電動(dòng)機(jī)1.0米處的噪聲不應(yīng)超過(guò)85分貝。
2.2確定各主要部件的材質(zhì)、軸封形式以及聯(lián)軸器等
2.2.1水泵各部件材質(zhì)要求
水泵的主要部件有水泵殼體、葉輪等。
常見(jiàn)的大型工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的單級(jí)臥式雙吸離心泵的殼體材質(zhì)有鑄鋼、球墨鑄鐵、不銹鋼等，普通鑄鐵材質(zhì)在國(guó)內(nèi)大型工業(yè)企業(yè)中較少應(yīng)用。由于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的壓力一般不高，因此確定泵殼殼體的材質(zhì)主要取決于循環(huán)水水質(zhì)。當(dāng)循環(huán)水為純水循環(huán)水或軟化水循環(huán)水時(shí)，由于純水或軟化水具有較高的腐蝕性，因此殼體材質(zhì)一般采用不銹鋼或球墨鑄鐵。當(dāng)循環(huán)水為普通工業(yè)凈循環(huán)水(敞開(kāi)式)，殼體材質(zhì)一般采用鑄鋼。當(dāng)循環(huán)水為濁循環(huán)水時(shí)，殼體材質(zhì)也一般采用球墨鑄鐵。
在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，水泵葉輪的材質(zhì)主要也取決于循環(huán)水的水質(zhì)情況。水泵葉輪常見(jiàn)的材質(zhì)有鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、不銹鋼、銅等。工業(yè)凈循環(huán)(包括純水或軟化水密閉循環(huán))水泵的葉輪材質(zhì)主要考慮耐腐蝕性，以不銹鋼、銅為主；而濁循環(huán)水泵的葉輪材質(zhì)主要考慮耐磨的因素，以鑄鋼、球墨鑄鐵為主。
2.2.2水泵軸封的確定
泵內(nèi)流體和泵體外大氣間存在著壓差，流體沿著軸和殼體間的間隙向外泄漏，為此需要設(shè)置軸封。軸封是防止泵軸與殼體處泄漏而設(shè)置的密封裝置，泵內(nèi)壓力大于大氣壓時(shí)，軸封防止液體向外泄漏；泵內(nèi)壓力小于大氣壓時(shí)，軸封防止空氣向泵泄漏。
對(duì)于臥式單級(jí)雙吸離心泵而言，水泵的泄漏量主要發(fā)生在軸封處。軸封的泄漏量會(huì)導(dǎo)致水泵的容積損失，從而導(dǎo)致水泵的水力損失。因此，合理的確定水泵的軸封形式非常重要。
目前水泵常用的軸封有填料密封和機(jī)械密封。
普通機(jī)械密封一般是由動(dòng)環(huán)(隨軸一起旋轉(zhuǎn)并作軸向移動(dòng))、靜環(huán)、壓緊元件(彈簧)和密封元件(密封圈)等組成，動(dòng)環(huán)靠密封腔中液體的壓力和壓緊元件的壓力，使其端面貼合在靜環(huán)的端面上，形成微小的軸向間隙而達(dá)到密封的目的；目前已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用的第三代集裝式機(jī)械密封已經(jīng)把動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件等組合成一個(gè)集合體，在泵體上安裝方便、快捷，但是價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的填料密封[1]。
填料密封是把軟填料塞入填料函內(nèi)，用壓蓋壓緊，靠軸或軸套外表面與填料內(nèi)表面的柱面來(lái)密封。水泵的填料密封一般采用盤根形式，盤根與軸直接接觸，且相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成軸與軸套的磨損，所以必須定期或不定期更換軸套；為散去盤根與軸或軸套摩擦產(chǎn)生的熱量，必須保持一定的泄漏量。
機(jī)械密封與填料密封主要性能比較見(jiàn)表1。
表1 機(jī)械密封與填料密封主要性能比較
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從上述的性能比較并結(jié)合工程實(shí)際，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水泵軸封形式的確定時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
①密閉式工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)(包括軟化水循環(huán)水系統(tǒng)和純水循環(huán)水系統(tǒng))，循環(huán)水不與外界接觸，水泵的揚(yáng)程僅考慮克服管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的水頭損失，稍許的水量損失都會(huì)引起管網(wǎng)壓力的急劇波動(dòng)，其軸封應(yīng)選用普通機(jī)械密封或集裝式機(jī)械密封；
②敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)，包括工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)和濁循環(huán)水系統(tǒng)，從價(jià)格因素考慮，可采用填料密封；盤根有低等級(jí)纖維盤根、普通纖維盤根、多膠心彈性盤根、單膠心彈性盤根、高等級(jí)纖維盤根、特種專用盤根等；在選用盤根時(shí)，對(duì)于工業(yè)凈循環(huán)水，低等級(jí)纖維盤根、普通纖維盤根均可滿足常規(guī)要求；但是當(dāng)循環(huán)水介質(zhì)為濁循環(huán)水，要注意盤根應(yīng)采用灰渣介質(zhì)專用的盤根，采用耐磨纖維編織而成，使盤根在具有良好的抗拉強(qiáng)度的同時(shí)具有更大的柔韌性與持久的耐磨性，同時(shí)采用外接冷卻沖洗水；在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際曾發(fā)生過(guò)，濁循環(huán)水泵安裝了普通的盤根，沒(méi)有正常的排水，經(jīng)拆開(kāi)檢查后發(fā)現(xiàn)，濁循環(huán)水的污染物已經(jīng)污染了盤根，使盤根變?yōu)橐粋(gè)致密的部件，連水泵軸套都被磨損壞了。
2.2.3聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是把電機(jī)和水泵聯(lián)接起來(lái)的一種重要裝置。它的主要任務(wù)是傳遞扭矩。目前應(yīng)用于臥式單級(jí)雙吸離心泵的聯(lián)軸器主要為膜片式聯(lián)軸器和彈性柱銷聯(lián)軸器。
膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼薄扳）用螺栓交錯(cuò)地與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸器靠膜片的彈性變形來(lái)補(bǔ)償所聯(lián)兩軸的相對(duì)位移。
彈性柱銷聯(lián)軸器是利用若干非金屬?gòu)椥圆牧现瞥傻闹N，置于兩半聯(lián)軸器凸緣孔中，通過(guò)柱銷實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器聯(lián)接。
彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)緊湊，裝配方便，具有一定的彈性和緩沖性能，補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移量不大，當(dāng)位移量過(guò)大時(shí)，聯(lián)軸器的工作性能惡化，彈性件易損壞。膜片聯(lián)軸器易平衡，且易保持平衡精度，不需潤(rùn)滑，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，且具有較好的補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的性能，徑向載荷能力大，可在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，但扭轉(zhuǎn)剛度大，緩沖減振能力相對(duì)較差。
在目前工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，單級(jí)臥式雙吸離心泵較多使用彈性柱銷聯(lián)軸器，主要原因在于隨著水泵技術(shù)以及水泵安裝技術(shù)的不斷提高，泵軸和電機(jī)軸之間位移量較大的情況已經(jīng)很少發(fā)生，彈性注銷聯(lián)軸器與膜片式聯(lián)軸器比較更便于維修。當(dāng)彈性注銷聯(lián)軸器的單個(gè)柱銷損壞時(shí)，可更換單個(gè)柱銷；而膜片式聯(lián)軸器如果某組膜片損壞，通常也就意味著整個(gè)膜片式聯(lián)軸器需要更換了。
3.使用中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決的方法
3.1水泵的振動(dòng)問(wèn)題
在大型工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，常出現(xiàn)水泵振動(dòng)超標(biāo)或噪聲較大的情況。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，泵組在正常運(yùn)行時(shí)(設(shè)計(jì)點(diǎn))，其振動(dòng)值雙幅不大于0.06mm（保證值）。按照《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，在距水泵、電動(dòng)機(jī)1.0米處的噪聲不應(yīng)超過(guò)85分貝。
水泵振動(dòng)超標(biāo)或噪聲較大的原因有以下幾種：
①水泵安裝過(guò)程中沒(méi)有校準(zhǔn)，水泵安裝垂直度或平整度誤差較大，水泵與電機(jī)兩軸的不同心度過(guò)大，從而影響水泵的正常運(yùn)行；
②管網(wǎng)系統(tǒng)和水泵中積氣；工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)中的積氣在所難免，主要來(lái)源于管網(wǎng)系統(tǒng)充水時(shí)所殘留的空氣和因管道局部流速過(guò)高而從水中析出的空氣；特別對(duì)于密閉式工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)，其管路十分復(fù)雜，且管路本身又是密閉式的，管網(wǎng)中產(chǎn)生積氣后，往往難于迅速排除，就會(huì)造成局部氣阻或氣蝕，對(duì)正常的管道水流工況(包括流量和壓力)產(chǎn)生影響，乃至?xí)霈F(xiàn)管道和水泵振動(dòng)的現(xiàn)象；
③水泵本身設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，本文不做具體討論。
針對(duì)上述情況所采取的主要措施有：
①加強(qiáng)水泵安裝過(guò)程中的校準(zhǔn)工作，一般應(yīng)由水泵廠的專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)水泵的安裝；
②細(xì)化管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作；在水泵進(jìn)出口管路設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免管道轉(zhuǎn)彎處距離水泵進(jìn)出口太近，也就是管路急轉(zhuǎn)彎；水泵進(jìn)出口的異徑管的長(zhǎng)度盡量加長(zhǎng)，以求得穩(wěn)定的水流，減少水中空氣從湍急的水流中分離出來(lái)的現(xiàn)象；避免不必要的管道的上下翻越；對(duì)閉式循環(huán)水系統(tǒng)要特別增加排氣措施(如設(shè)置排氣閥)等[2]。
3.2實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況存在偏差
在實(shí)際水泵運(yùn)行過(guò)程中，理論的計(jì)算與實(shí)際是有一定區(qū)別的，水泵的工況未必完全符合設(shè)計(jì)的要求。另外，水泵本身的性能也隨著時(shí)間的遷移而發(fā)生變化，導(dǎo)致水泵的特性曲線發(fā)生變化。
在循環(huán)水系統(tǒng)投運(yùn)后，首先要進(jìn)行管網(wǎng)水力平衡調(diào)試。所謂管網(wǎng)水力平衡調(diào)試工作，就是在所有的循環(huán)水處理設(shè)施、循環(huán)水管路、管路上所有的閥門配件等均已經(jīng)安裝完畢、所有用戶點(diǎn)的給回水管道均接通的前提下，運(yùn)用各種調(diào)節(jié)措施和調(diào)節(jié)手段，使循環(huán)水管路的實(shí)際工況點(diǎn)(包括流量、壓力)，按接近原設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)運(yùn)行，使循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)部各用戶用水量和供水水壓的要求均能得到滿足。只有整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)處于設(shè)計(jì)工況，才能使循環(huán)供水泵處于設(shè)計(jì)工況[3]。
另外，為使水泵符合要求的流量和揚(yáng)程，使水泵的工作曲線和管路特性曲線一致，可采用調(diào)節(jié)水泵出水閥門的方法，但能量投耗于閥門損失不經(jīng)濟(jì)，且閥門容易磨損。一般可通過(guò)更換葉輪或切削葉輪、改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)、改變?nèi)~片安裝角度等方法來(lái)調(diào)節(jié)[4]。
4.小結(jié)
總之，水泵的正確選擇、合理使用對(duì)于保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。選型不合理，會(huì)使水泵處于不合理的運(yùn)行狀態(tài)，造成維修成本大幅度上漲。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：金亞飚(1975.12- )，男，漢族，籍貫江蘇省常熟市，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院給水排水工程專業(yè)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師/注冊(cè)公用設(shè)備工程師，主要從事鋼鐵企業(yè)給排水設(shè)計(jì)工作。
