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葉輪切削技術與再製造高效電機匹配

2014-6-30 來源：數控機床市場網作者：西電三菱（líng）電機開關（guān）設（shè）備有限公司

1 概（gài）述

泵是一種流體機械，它（tā）是將（jiāng）原動機的機械能轉變為輸送流體、給予流（liú）體能量的機械。它是國（guó）民經濟各部門必不（bú）可少的機（jī）械設備，被廣泛的應用在工業中，用於為工藝輸送流體、為水（shuǐ）利係統提（tí）供動（dòng）力。由於泵對於許多用戶（hù）的日常生產運行非常重要，導致用戶為了確保泵能夠滿足所有的工況條件而在泵的選型過程中過於保守，所選（xuǎn）泵對於係統而言容量過大。為了保證泵能夠充分滿足（zú）係統的（de）要求，工程師通常忽略選取過大的泵所增加的（de）成本（běn），而隻考慮增大泵（bèng）的容量來保（bǎo）證係統運行的安（ān）全性要求。令（lìng）人（rén）遺憾的是，這種使用方式導致了更高的係統運行及維護保養成（chéng）本。另外，在低效率的運行操作條件下，泵（bèng）選（xuǎn）型過大通常情（qíng）況下比流量和揚（yáng）程與係（xì）統匹配的泵需要更頻繁的維護保養。過大（dà）的流動能（néng）量提高了磨損並且損害係統部件，導致閥（fá）門損害、管道係統承壓增加及噪音問（wèn）題的出現。人們習慣將泵選型過大（dà）稱為“大馬拉小車”現象，處（chù）理這（zhè）種（zhǒng）現象有節流、旁通、調（diào）速、更換泵、葉輪切削、葉輪置換等幾種方法，前麵三種用（yòng）戶（hù）采用較多，實際（jì）上在某些高電壓供電場合有時應用葉輪切削的方法更為簡單有效。

由於（yú）水泵在設計選型時通常會存在加大和重複選型係數現象，致使水（shuǐ）泵負載較低，大馬拉小車的情況，經常使水泵長期處於輕載運行狀態，水泵負載的高效工（gōng）作區較窄，輕載後往（wǎng）往處於低（dī）效率工作區。這就造成（chéng）了泵係統工作效率低（dī），浪費能源的現象。在（zài）對水泵（bèng）這類二次方負載進行節能再製造時，對水泵葉（yè）輪切削滿足正常需要，同時根據切（qiē）削後水泵軸功率（lǜ）調整電機的設計，使電動機與（yǔ）水（shuǐ）泵功（gōng）率合理匹配，提高係統運行效率，達（dá）到（dào）係統節能的目的。

2 葉輪切（qiē）削原理

2.1 基本原理

葉輪切削是指加工處理葉輪的直徑來降低傳輸到係統流體當中的能量。葉輪切削對（duì）於（yú）過分保守（shǒu）的設計或者係統負荷（hé）發生了變化所導致的泵容量偏大的（de）情況是個非常有用的改進措施。葉（yè）輪切削降（jiàng）低了葉輪的端速，並由此直接地降低了傳遞到係統流體（tǐ）介質上（shàng）的能量（liàng），並且降低了泵所產生的流量和壓力，如圖1 所（suǒ）示。離心泵相似性定律提供了在恒定的泵速度條件下葉輪尺寸（cùn）及泵輸出之間的理論關係：

在這裏：Q=流量；H=揚程；BHP=泵電機的製動馬力（下標1=原始泵，下（xià）標2=經（jīng）過葉輪切削後的（de）泵）；D=直徑

在實際應用當中，由於（yú）流動（dòng）的非線性導致這些關係並不是非常的精確；然而，葉輪切削對流量、壓頭以（yǐ）及功率的（de）基本作用仍然是有效的。例如，葉輪直（zhí）徑減少2%會產生大約（yuē）2%的流（liú）量下降， 4%的壓頭下降和6%的（de）功率下降。對於比較（jiào）小的變化而言，相似定律（lǜ）可以作為一個（gè）大概的判斷，葉輪切削的最終結果取決於係統曲線和泵（bèng）性能的變化（huà）。

2.2 葉輪切削的優點

降低葉（yè）輪尺寸的主要好處是降低運行及維護保養成本。通過旁通管線和節流閥所浪費的能量以及通過係（xì）統噪音和振動所擴散的能（néng）量都會變得更少。葉輪切削的節能量（liàng）基本上與直徑降低的立方（fāng）成正比。因（yīn）為電機和水泵都存在（zài）一（yī）個效率問題，所以電機（jī）實際消耗（hào）的功率會高於（yú）流體功率。

除了節能之外，葉輪切削還可以降低管道係統、閥門及管道係統支架（jià）的磨損。流體流動產生的管道係統振動會導致管道焊接部位和（hé）機械接頭疲勞。隨著使用（yòng）時間的推移（yí），焊縫和接頭會出現裂紋和鬆動，導致係統（tǒng）泄漏進而不得不進行停工檢修。從設計的觀點，過（guò）大的流體能量也不是所期望的。管道支架的間隔設定和選型通常情況下根據其能夠承（chéng）受的管道及流體的靜負載、來自係統內部的壓力負載，以及溫度變化所造成的熱膨脹（在熱動力應用場合）來進行的。過大流體能量所產生的振動負載設計時（shí）並沒（méi）有考慮在內，所以會導致係統泄漏、停工檢修（xiū）及額外維護（hù）保養。

2.3 葉輪切削的使用範圍

當係統存在下麵（miàn）列出的現象時，可考慮采用葉輪切削的方法：係統的（de）大多（duō）數（shù）旁通閥打（dǎ）開，表明（míng）係統（tǒng）設備內的流量過大；係統需要過分節流來控（kòng）製流到係統或工藝的流量；存在高噪音或者振動等級表明流量過大。泵遠離其（qí）設計點運行與從製造商（shāng）買一個更小的葉輪相比，切削的效果要稍差一些。但是，在（zài）許多情（qíng）況下，製造商可（kě）以提供的更小尺寸規格葉輪對係統負載來說太小，有時（shí）製造商甚至沒有更小型的葉輪可以提供。在這（zhè）種情況下，葉輪切削可能（néng）是比更換（huàn）整（zhěng）個泵/電機更實用（yòng）的方法（fǎ）。

3 、再製造（zào）電機匹（pǐ）配技術

葉輪切削改變了泵軸（zhóu）功率，如果電機仍（réng）用原來的（de）話（huà），電機（jī）處於輕（qīng）載狀態，電機效率較低，，我們根據實際需要流量揚程，切（qiē）削（xuē）水泵葉（yè）輪直徑，電（diàn）機軸功率按照葉輪三次方（fāng）下降，為使得配套電機處於（yú）高（gāo）效區。我們將原配套（tào）電（diàn）機額定（dìng）功率再製造降功率設計為適應負載特性的高效運（yùn）行（háng）的高效電機。電機（jī）高效再製造，就（jiù）是將低效電機通過重（chóng）新設計（jì）、更換零部件等方法，再製造成高效率電機或適用於特定負載和（hé）工況（kuàng）的係統節能電機。

對於原水泵配套電機我們有效利用原有的定轉子,把原鐵心降功率設計成（chéng）切削後匹配功率的高效電（diàn）機，重新設計繞組降低定子銅耗，重新（xīn）浸漆，提高原電機使用壽命，改用高效風扇及新軸承（chéng）。利用原（yuán）來機座、端蓋保證按照尺寸不變（biàn）。

4、典（diǎn）型案例

上海閔行某化（huà）工材料有限公司的IS150-125-315 離心（xīn）泵拖動電機，原來使用六安（ān）江淮生產的Y200L-4（30kW）電機，電動（dòng）機的額定電流是57.6A，實際運行電流為50A，接近滿載。水泵的流量約（yuē）為（wéi）60L/S，揚程30M，現場發現實際上揚程（chéng）隻需要25m，目前流量富餘，通過旁（páng）路閥釋放多餘流量（liàng）。且水泵在長期運行後葉輪已嚴（yán）重（chóng）鏽蝕，泵（bèng）的效率降低（dī）。

我們通過切削葉輪，由於新的小葉輪解決流量揚（yáng）程過大，同時解決了鏽蝕問題，在（zài）設計上（shàng）也更符合流體力（lì）學的相關理（lǐ）論，因此，更換葉輪後泵的軸功率降低為23kW。同時我們在設（shè）計YSFE2-200L-4 水泵專用電機時，適當地調整了電機（jī）的（de）可變損耗與不變（biàn）損耗的比（bǐ）例，使30kW 的（de）YSFE2-200L-4 水泵專用電機在23kW 附（fù）近有較高（gāo）的效率（lǜ），運行功率約減小7kW。以年運行（háng）時間4000h，年節約能耗約為7kW×4000= 28000kW·h，投入共計2 萬，投資回收期1 年左（zuǒ）右。

5 結束語

通過葉輪切削改變原理浪費的揚程流量，同時有針對性的對配（pèi）套（tào）電（diàn）機實際工況有針對性重新設計（jì），使得與實際負載匹配提高水泵係統（tǒng）運行效率，同時再製造盡可能的利用舊原有材料，提升舊電機（jī）的使用壽命。

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