摘要 本着流体机械原理从理论上以切削叶轮的方式，解决离心泵机组流量、电流、功率等负荷参数过高、易发生顶盘、掉泵事故、不符合实际使用的问题，使得离心泵机组符合实际使用要求。

　　关键词:离心泵机组 负荷 变频 工频 叶轮 切削

　　甘肃天润水业有限责任公司兰州给水所承担着兰州铁路局兰州铁路地区单位、居民的生产、生活用水的供水任务。共有5台250S65A型号的双吸中开式离心泵机组设备，分别编号：1#、2#、3#、4#以及5#，均为软启动方式启动，且1-4#两台同时使用时只能有一台能够处于变频运行状态，另外一台则转为工频状态，5#始终为工频运行状态，设计规划3用2备，日常实际有两台泵相互配合运行，一台变频加一台工频，其余三台处于热备状态，能够满足目前系统用水，管网系统平均压力为0.38MPa-0.4MPa，日供水量18000-19000m3，所需水泵流量为750-792 m3 /h。

　　目前5台机组如果使用工频运行状态，水泵流量、电动机电流都在很大程度上超过水泵、电动机的额定值，超负荷运行，造成管网系统压力过大，电动机电流超过额定值的10%以上，易发生顶盘、掉泵事故。

　　一、离心泵机组基本数据

　　表1-电机铭牌 电机型号 Y315S-4B3 IP 44 Lw 98db 额定电压 380V 额定功率 110Kw 绝缘等级 B 额定电流 201A 频率 50Hz 接法 Δ 额定转速 1480r/min 轴承 N319 6319/cm COSΦ=0.83 表2-水泵铭牌 水泵型号 250S65A 额定扬程 56m 额定流量 448m3/h 轴功率 71.2Kw 额定转速 1450r/min 必须汽蚀余量 3m 配套功率 110Kw 效率 77% 叶轮直径 435mm 1-4#泵变频运行时，频率平均为40Hz，电流处于额定值范围内，但经过工频运行测量发现，5台泵的流量、电流或功率都远远超过机组额定值：

　　表3 泵号

　　项目 1# 2# 3# 4# 5# 流量(m3/h) 600 660 660 550 730 电流(A) 220 224 220 195 226 压力(MPa) 0.47 0.48 0.48 0.45 0.45 轴功率(kw) 96 105 105 88 129 电机功率(kw) 121 123 121 107 124 二、分析水泵与电动机是否配套：

　　1.从铭牌数据计算电动机与水泵是否配套

　　根据电动机功率计算公式：P=1.732·UICOSΦ，我们可以得到以下结果：

　　P=1.732×380×201×0.83≈110KW

　　表4-水泵及电机的配套选型的各项参数 水泵 电动机 轴功率

　　(P) 有效功率

　　(Pe) 轴功率

　　(Ne) 系数

　　(K) 电机功率(P)

　　P=Ne·K P=2.73·H·Q/η Pe=H·Q·g Ne≦22 1.25 22

　　水泵有效功率Pe=56×448×1000/3600×9.81≈68.4KW

　　水泵轴功率P=2.73×56×448/0.77≈89KW(与铭牌不符)

　　电机系数K=1，电机功率P=Ne·K=89×1=89KW

　　考虑电动机负荷富余量10%-20%，选用电机为110KW

　　结论：根据水泵铭牌选型电动机，是符合配套规律的，可以使用。

　　2.根据实际数据计算电动机与水泵是否配套

　　由于目前5#泵处于工频运行状态，以5#泵数据进行计算：

　　水泵有效功率Pe=45×730×1000/3600×9.81≈90KW

　　水泵轴功率P=2.73×45×730/0.77≈117KW

　　电机系数K=1，电机功率P=Ne·K=117×1=117KW

　　考虑电动机负荷富余量10%-20%，选用电机为132KW

　　结论：根据水泵实际运行数据，以目前的110KW电动机，与水泵不配套，根据有关资料，连续工作制电机其最大工作电流不能超过额定电流的125%(P=110×1.25=137.5KW)，富余量较小，易烧毁电动机，不能使用。

　　3.4#泵流量及电流数据比其他机组低的原因分析：

　　水泵效率=1-水泵损失效率，而水泵损失效率由容积损失、机械损失以及水力损失三部分组成。在2008年，由于4#泵经常发生顶盘、掉泵事故，检修班组对其进行检修，将叶轮口环进行车削加工，车大了口环直径，增大了水泵的容积损失，降低了水泵效率，使得水泵流量下降、扬程下降、电动机电流下降，基本处于正常使用范围内，水泵与电动机处于配套状态。

　　三、水泵叶轮切削前后的各项参数变化介绍：

　　根据《泵与风机》教材中相似理论在泵与风机中的应用论述：“水泵在运行中，当转速、叶轮尺寸及流体密度发生改变时，根据相似关系，进行性能参数及性能曲线的相似变换”。对同一型号规格的水泵采用不同叶轮直径，其性能也就不同。

　　泵与风机的相似定律反映了性能参数之间的关系。水泵设计制造是按“系列”进行的，同一系列中大小不等的泵都的相似的，也就是说它们之间的流体力学性质遵循力学相似原理。

　　为了满足使用要求，对同一型号规格的水泵采用不同叶轮直径，其性能也就不同。因此，为了改善在用泵的性能，切削泵的叶轮，使叶轮直径减小，以达到降低扬程、降低流量、接近管网阻力特性、降低功率和节能目的。水泵叶轮直径改变后的性能参数符合相似律，即：

　　G1/G=(D1/D)3; H1/H=(D1/D)2; P1/P=(D1/D)5;

　　式中：

　　D ———— 叶轮切削前的直径 mm; 　D1 ———— 叶轮切削后的直径 mm

　　G ———— 叶轮切削前的流量 m3/h;　G1 ———— 叶轮切削后的流量 m3/h

　　H ———— 叶轮切削前的扬程 m; H1 ———— 叶轮切削后的扬程 m

　　P ———— 叶轮切削前的功率 Kw; P1 ———— 叶轮切削后的功率 Kw

　　从以上三式表明：水泵叶轮改变时，流量与外径比成三次方关系;扬程与外径比成平方关系;功率与外径比成五次方关系。切割减小水泵叶轮外径将使水泵的流量减小、扬程降低及功率降低;更换加大水泵叶轮外径将使水泵的流量增大、扬程提高及功率增大。

　　四、离心泵机组负荷过大原因分析及解决方案

　　经过以上数据分析，可以认为造成离心泵机组负荷过大有以下几方面原因： 电机转速过高 由于使用同一台电机，工频状态下额定转速为1480r/min，所以电机在50Hz频率运行时，电机转速只与磁极对数、频率、转差率有关，而磁极对数、频率与转差率不可能改变，因此电机转速不可能提高。 水泵叶轮直径过大 从离心泵机组铭牌上看，机组符合管网系统的要求，但为何实际运行却出现不同的数据呢?目前水泵市场竞争激烈，产品设计也不尽统一，厂家以不同的铭牌贴在同一种型号水泵的情况也经常发生，给用户造成一定的损失，因此有可能厂家在出厂时就没有按照实际要求进行加工制造。我们知道对同一型号规格的水泵采用不同叶轮直径，其性能也就不同，叶轮直径大，流量、扬程、功率、效率都会增加;反之，叶轮直径减小，流量、扬程、功率、效率都会下降。现在就以5#泵为例进行计算： 为了达到流量Q：448 m3/h的条件，根据相似理论进行计算： 表5 D(mm) G(m3/h) H(m) P(kw) 切削前 435 730 56 117 切削后 370 448 41 53 为了达到轴功率P：89KW以内的条件，根据相似理论进行计算： 表6 D(mm) G(m3/h) H(m) P(kw) 切削前 435 730 56 117 切削后 405 590 48.5 82 为了满足管网系统压力，考虑局部损失、沿程损失以及其他损失，达到扬程H：52m的条件，根据相似理论进行计算： 表7 D(mm) G(m3/h) H(m) P(kw) 切削前 435 730 56 117 切削后 420 650 52 99 分别经过对满足条件的三种参数计算与比较，在不改变水泵、电动机及管网系统压力及流量的条件下，平衡各方面关系，可以认为以满足第三种条件为最佳的方案，即：满足条件扬程H=52m，需要切削现在的叶轮15mm，基本可以满足管网系统的要求。

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