化工流程泵葉輪的改造

曲樹(shù)國(guó)

（前郭石化分公司，吉林 松原 138000）

化工流程泵葉輪的改造

曲樹(shù)國(guó)

（前郭石化分公司，吉林 松原 138000）

前郭石化分公司2萬(wàn)噸/年聚四氫呋喃裝置中的中間產(chǎn)品回流泵葉輪經(jīng)常堵塞，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行探討分析，通過(guò)計(jì)算提出解決方案。

小流量高揚(yáng)程；葉輪；故障分析；改造

前郭石化分公司聚四氫呋喃裝置中的兩臺(tái)中間產(chǎn)品回流泵于2007年8月投入使用。該泵為小流量高揚(yáng)程化工流程泵，在投用初期泵運(yùn)行正常，能滿足生產(chǎn)需要。但隨著季節(jié)的變換，進(jìn)入冬季以后，出現(xiàn)流量不足、負(fù)荷升高的問(wèn)題。解體后發(fā)現(xiàn)，葉輪內(nèi)部嚴(yán)重堵塞，對(duì)葉輪進(jìn)行清理后回裝，重新運(yùn)行周期不超過(guò)一個(gè)月又產(chǎn)生同樣的問(wèn)題，大大增加了維修工作量。針對(duì)這種情況，進(jìn)行了認(rèn)真的探討、分析，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。本文針對(duì)泵的故障原因進(jìn)行理論分析，通過(guò)計(jì)算，對(duì)葉輪進(jìn)行了改造。

1 泵及其系統(tǒng)簡(jiǎn)述

（1）主要性能參數(shù)

泵型號(hào)：LF40-25-160

額定流量：Q=3.2m3/h

揚(yáng)程：H=42m

轉(zhuǎn)速：2 900 rpm

配套電機(jī)型號(hào)：YB2-100L-2

電機(jī)功率：3 kW

（2）葉輪結(jié)構(gòu)及尺寸（見(jiàn)圖1）

圖1 葉輪結(jié)構(gòu)及尺寸

2 故障原因分析

此泵所輸送介質(zhì)為聚四氫呋喃。在常溫下，低分子量的聚四氫呋喃為無(wú)色液體，分子量較高的為白色熔融蠟狀，本裝置生產(chǎn)的聚四氫呋喃為高分子量的，故此在配套管線上都有電伴熱進(jìn)行保溫，以保證介質(zhì)處于液態(tài)。但由于整個(gè)輸送系統(tǒng)建于室外，而東北的冬季又比較寒冷，故極易發(fā)生聚四氫呋喃的凝固現(xiàn)象，尤其在開(kāi)停泵階段更是如此。再加上此泵葉輪流道出口寬度窄，過(guò)流面積小，因此介質(zhì)經(jīng)常在葉輪流道內(nèi)凝結(jié)，從而導(dǎo)致葉輪堵塞。

3 改造方案的選擇

針對(duì)葉輪堵塞的原因，對(duì)葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，主要目的是為了保證泵能長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)又不影響泵原有的性能。為此做出以下兩個(gè)方案：

方案一：將葉輪前蓋板去掉，再將前泵蓋板改型使之與葉輪形狀匹配，這樣加寬了液體流道，解決了堵塞的問(wèn)題，考慮這樣做可能增加軸向力，為此在葉輪后蓋板上開(kāi)了8個(gè)平衡孔，以平衡其軸向力。經(jīng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)改型后的泵殘余軸向力仍然很大，泵運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值超標(biāo)，影響了泵正常工作，此方案沒(méi)有被采納。

方案二：參考進(jìn)口泵結(jié)構(gòu)，又設(shè)想了第二方案，將葉輪設(shè)計(jì)成開(kāi)式旋渦式葉輪。如圖2所示。

漩渦式泵的主要工作部分是葉輪和泵體的流道，其中葉輪與泵體及泵蓋之間的空腔構(gòu)成流道。在這種結(jié)構(gòu)中，葉輪葉片直接與泵吸入口、壓出口相通，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉輪中運(yùn)動(dòng)液體的離心力大于流道中運(yùn)動(dòng)液體的離心力，兩者之間產(chǎn)生一個(gè)方向垂直于軸承并指向流道縱長(zhǎng)方向的環(huán)形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在縱向漩渦的作用下，液體在葉輪和流道內(nèi)產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，液體從吸入至排出的整個(gè)過(guò)程中，可以多次反復(fù)進(jìn)入葉輪和從葉輪中流出，而每流入葉輪一次，即獲得一次能量交換。

液體從葉輪葉片間進(jìn)入流道中，和流道中運(yùn)動(dòng)的液體相混合，由于兩股液流速度不同，在混合過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)量交換，使流道中的液體能量得到增加。當(dāng)流量減小時(shí)，流道內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)速度減小，縱向漩渦作用增強(qiáng)，液體流經(jīng)葉輪的次數(shù)增多，使泵的揚(yáng)程提高。

圖2 改造后葉輪結(jié)構(gòu)圖

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）給定設(shè)計(jì)參數(shù)：流量Q=3.2m3/h，揚(yáng)程H= 42m，轉(zhuǎn)速n=2 900 rpm

（4）葉片數(shù)的選擇：

葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率、汽蝕性能都有一定的影響。確定葉片數(shù)時(shí)，既要考慮減少葉片的排擠和表面的摩擦，又要使葉道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液流的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。因?yàn)榇吮帽绒D(zhuǎn)速比較低，同時(shí)考慮到葉片數(shù)增加，揚(yáng)程增加較顯著，功率也稍有提高，綜合以上因素，取葉片數(shù)Z=10。

（5）確定葉片厚度：

從擴(kuò)大葉輪流道有效過(guò)流面積考慮，希望葉片越薄越好；但從鑄造工藝及強(qiáng)度方面考慮，葉片需要有一定的厚度。目前，鑄鐵葉片的最小葉片厚度為3 ～4mm，鑄鋼葉片最小厚度為5～6mm。因?yàn)楦脑旌?，葉輪沒(méi)有了前蓋板，考慮到葉片的強(qiáng)度需要有一定的增強(qiáng)，因此，取葉片厚度為8mm，葉片寬度b同樣為8mm。

5 結(jié)論

按上述參數(shù)制作了成品葉輪，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)，效果良好，各項(xiàng)指標(biāo)如流量、揚(yáng)程等均達(dá)到預(yù)期的要求。

[1]薛敦松，錢錫俊，等.石油化工廠設(shè)備檢修手冊(cè)（第五分冊(cè)泵）[M].中國(guó)石化出版社，1998，17-59.

[2]A.T.特羅斯科蘭斯基，S.拉扎爾基維茨.葉片泵計(jì)算與結(jié)構(gòu)（原版1976年）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1981，153.

Impeller Transformation of the Chemical Process Pump

QUShu-guo
(Qianguo Petrochemical Branch，Songyuan Jilin 138000，China)

At the 20 000 t/y Polytetrahydrofuran devices of Qianguo Petrochemical Company，the impeller of the intermediates reflux pump areoften blocked，the problem is discussed through calculation and analysis.

small flow and high lift；impeller；faultanalysis；transform

U467

A

1672-545X（2013）04-0291-02

2013-01-08

曲樹(shù)國(guó)（1975—），男，河北滄州人，研究方向：轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。