改进型水泵叶轮在熔炼车间的应用

马榜样

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

改进型水泵叶轮在熔炼车间的应用

马榜样

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

闪速熔炼炉冷却水循环水泵，是闪速熔炼炉循环水系统的核心关键设备，它的运行状态好坏直接影响到闪速熔炼炉的安危，文章介绍了作者利用“三元流量理论”，在不改变现有工艺及其他设备配置的前提下，以最小的技改成本，对闪速熔炼炉冷却水循环泵的叶轮进行优化改进，解决了生产实际问题的技术应用。

闪速熔炼炉；水泵；叶轮；三元流量理论；高效

1 引言

闪速熔炼炉［1］循环水系统，在正常生产时不仅供闪速熔炼炉冷却水循环使用外，还要为蒸汽干燥排烟风机，闪速炉废热锅炉循环水泵，开炉风机提供一定的冷却水。当全厂事故停电断水时，该系统除了上述设备外，还要为以下设备提供冷却水：阳极炉炉口冷却水、仪表空压机、锅炉给水泵，事故应急发电机等设备。因此它的好坏直接影响熔炼车间关键设备的安危。

闪速炉循环冷却水系统［2］配有4台型号为TS400-450水泵，四台水泵额定流量、扬程分别为1532m3/h、53m，四台水泵最大转速1450rpm。该泵由长沙天鹅工业（贵溪博格）泵厂生产，配套电机功率为250kW，电机转速为1485rpm。水泵的运行模式为：2用2备，并联，要求保障有两台泵不间断运行。

由于生产之需，要求冷却水的供应量有所增加，一致两台水泵的流量难以满足生产需求了，第三台备用水泵会随时启动补充供应水量，针对这种生产情况，为了确保系统的两用两备的保障性，作者组织技术人员对现有的水系统进行了分析改进，最终满足了生产需求。

2 技改前运行指标与分析

2.1实际情况

根据现场实测数据，经流体工程学［3］计算，本系统实际运行参数如下：

表1　技改前水泵运行参数

现场实测2台泵并联运行流量在2600～2650m3/h左右，未达到额定流量值。

2.2流量未达到额定值原因分析

（1）水泵偏离最佳工况范围运行，实际运行效率走低；

（2）水泵本身设计效率较低，制造精度较差。

3 改进方案

在改动量最小，效益最高的前提下，决定实施对四台水泵叶轮进行改进，前提是：使用现有的电动机，使用现有的管道，不改变原来的操作方式和工作方式，具体通过以下四点实施改进：

3.1采用高效叶轮设计技术

TS400-450型水泵，该泵的核心是叶轮，叶轮的好坏直接影响水泵的工作效率，那么影响叶轮的好坏的因素有哪些呢，第一叶轮的原始设计即叶轮的几何形状和位置，第二是叶轮的制作精密程度。那么下面从两点介绍TS400-450水泵叶轮的优化设计。

传动的叶轮设计师是采用二维设计，通过多年的生产实践得知，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损失了，对于本次改造，目的是想设计一个高效水泵叶轮［4］，从考虑能量损失最小、水泵的效率最高以及水泵叶轮耐汽蚀性能最好着手，采用当前比较好，也逐步在推广应用的三元流量理论［5］和CFD流体力学理论，通过两种理论计算和优化，寻找最合适的参来保证叶轮的高效性能。

水泵传动方式是，电动机带动直连式弹性联轴器，再带动水泵的转子，这样就可以把电能通过机械连接方式转化为流体的能量。假设在叶轮轴中心线上建立一个三维坐标系，分别用（R、φ、Z）来表示，叶轮上任何一点都可以由此坐标系来确定。假设叶轮上任何一点的流速W的函数W=f（R，φ，Z），如图（1）所示， 可以计算出叶轮上面任何一点的流速，在从轴功率与叶轮的宽度，叶轮的直径入手，可以确定叶轮的直径和流道的宽度，从而确定水泵相关的参数。

简单的说三元流设计技术将叶轮内部建立三维坐标系，分割内部空间，然后分析每个点的工作状况，建立数学模型，得到合适的结果，然后优化叶片的角度、叶片数、叶片扭曲程度，减少能量损失，从而获得水泵内部的最佳流动状态，保证水泵输送效率最高。

图1　叶轮、圆柱坐标（R、φ、Z）及流动速度W

3.2采用高效叶轮制造工艺

闪速炉TS400-450水泵叶轮，采用了精密铸造，保证叶轮的精度和表面的粗糙度。叶轮叶片采用交错布置方法，减少叶轮涡流损失2%以上，过流部件通过表面涂层处理或瓷面处理［6］，大幅改善了过流部件的表面粗糙度，降低摩擦系数，提高效率。与传统工艺产品相比，高效叶轮的流体输送效率平均提高3～8%，且气蚀性能和使用寿命均有大幅度的提高，且气蚀性能和使用寿命均有大幅度的提高。

3.3对阀门进行密封检查

水泵叶轮在改进前，对水泵连接的进口阀门和出口阀门进行密封性检查，保证水泵现场安装时不漏水，不影响安全生产和安全检修。

3.4优化调整

对水路的管道进行流量优化分配调整、对阀门内部进行清理或更换，减少能量损失，然后按照现场需求尽可能实行按需操作。通过一段时间的实践，改进后的叶轮可以满足现场的需求，具体数据如表2。

表2　技改后水泵运行工况

4 改进后数据

通过表1与表2的比较，改进后总管压力高了0.1MPa，流量至少增加了350m3/h，电流至少下降了5A，电动机的输出功率至少减少了4kW，达到了预期的设计目的。

5 高效节能计算

（1）每小时节电量：

每千吨水节电量=技改前千吨水耗电量-技改后千吨水耗电量，△P=193.1-165.3 =27.8kW·h。

（2）节电率：

节电率=千吨水节电量÷技改前千吨水耗电量，η=27.8/193.1=14.3%。

6 结束语

根据现场实际工作情况，结合合理的设计理念，有针对性的对工艺或设备进行优化改进，可以为企业节约一定的生产成本，也可以为同行业的同类型的设备改进提供借鉴。

［1］刘树峰. 闪速熔炼技术发展趋势［J］. 铜业工程， 2013（5）:8-9.

［2］刘金华， 龚宾. 田湾核电站核岛设备冷却水系统缓蚀剂的电化学行为研究［J］. 核动力工程， 2013（5）:160-161.

［3］任世瑶， 陈津迪. 流体工程领域节能减、低碳技术的研究开发与产业化［J］. 上海节能（节能论坛）， 2013（11）:239-30.

［4］张亚生， 张丽莎. 水泵叶轮三元流技术研究与应用［J］. 给水排水，2008（z2）:305.

［5］张亚生， 张丽莎. 水泵叶轮三元流技术研究与应用［J］. 给水排水，2008（z2）:304.

［6］庄雷， 孙婷婷， 何洪旭. 瓷面处理技术与陶瓷托槽的抗剪切力强度［J］. 黑龙江医学， 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

马榜样（1980-），男，安徽灵璧人，工学学士，主要从事设备管理等方面的工作。E-mail：345083032@qq.com