小型锅炉给水泵的优化设计

作者简介:刘殿魁,

1961年毕业于清华大

学动力系,退休前为

中国科学院研究员。

1986年作者提出了

“叶轮机械内含射流———尾迹的完全三元流动解法”,此原理运用于多种离心泵,使泵效率提高至4%～8%。作者曾获得过中国科学院、北京市科

技进步奖并取得了中

国、

美国的有关专利。现在为北京水神科技开发中心主持新产品研发工作。

小型锅炉给水泵的优化设计

收稿日期:2005210224

刘殿魁

(北京水神科技开发中心,北京1000)

摘　要:介绍了一种与现在多级离心泵完全不同的小型锅炉(10t/h 以下)给水泵。在同

样的低比转数(n s ≤20)条件下,比现有多级离心泵的水力效率可提高5%～8%。因结构重量的大幅度下降,其造价比现有多级离心泵低10%以上,其性价比有显著优势,值得在小型锅炉中推广。

关键词:锅炉给水泵;毕托泵;效率

中图分类号:TK229.6+6　　文献标识码:B

I mproved Desi gn of Lower Boiler Feed Pu mp

L I U D ian -kui

(Beijing Rainbow H igh -Technol ogy Devel opment

Center,Beijing 1000,China )

Abstract:A i m p r oved design of l ower boiler feed pu mp (≤10t/h ),which is different re mark 2ably fr om multi -stage centrifugal pu mp is p resented .The efficiency of Pit ot tube pu mp is 5%～8%

higher than which of centrifugal pu mp under the sa me l ow s pecific s peed (ns ≤20).Since the struc 2ture and the weight dra matically dr op,its cost is over 10%l ower than multi -stage centrifugal pu mp,distinctly better in its perf or mance and p rice,it is utterly worth t o be extended and emp l oyed in l ower boiler -feed pu mp.

Key words:bo iler feed pu m p;p itot tube pu m p;eff i c i ency

1　前言

据统计,我国在用的工业锅炉以中小型为主。

2003年统计在用的48万台锅炉中,小于2t/h 的占35%,2～10t/h 的占60%,每年消耗2亿t 标准煤,是耗能大户,提高此类锅炉的效率是关系节能的大事,提高锅炉给水泵效率也将是一个有效途径。因为此类小型锅炉配套的多级离心泵,单级扬程≥

25m (D 型,DG 型多级泵)的设计流量最小为613m 3

/h 。

而其实际真正的泵最佳效率流量≥10m 3

/h 。由于叶轮流道难以做到更小,因而实际工作的泵效率通常为30%～40%。为了提高水力效率,一个办法是降低单级泵的扬程,如8～12m ,这样要达到200m 的扬程就需要采用20～25级的多级泵,结构复杂,长度增加。目前采用较多的冲压焊接钢板叶轮(如LG 型泵)又使泵的价格大幅度上升。迄今为止,设

计制造超低比转数(n s ≤20)的高效率离心泵仍然是

泵行业无法解决的一个难题。

本文介绍的小流量高扬程立式单级泵[1]

,就是为解决这一矛盾而出现的优化设计方案。

2　毕托泵的基本原理

1923年,Kr ogh 就提出了毕托泵的构想,直到1981

年,Ericks on 提出了毕托泵专利[2]

才制造出了真正在工业部门实用的毕托泵。美国制造商把这种泵命名为Rot o -Jet 泵(译为旋喷泵)。其结构如图1

所示。

图1　毕托泵结构简图

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泵的工作原理如下:水从前泵体进水口进入转子的前半部,该处为槽道组成的转子盘,实质上相当于一个闭式离心泵叶轮,水经此槽道在转子旋转的离心力作用下增压,并流入转子后部的空腔内,在此空腔(转子鼓)内,水被转子携带,继续作圆周方向的旋转,其外缘处对着毕托管管孔的部分水流,正面冲入毕托管,其旋转方切向分速应立即变为零———即所谓“流动滞止”效应,因而水的压力会进一步大幅度提高,这部分水在毕托管内经其横管流出。从结构看出其特点:

(1)高压出水段,因毕托管是固定在前泵体上的,故无需动密封装置,仅需在转子进口处加装机械密封,因转子旋转,而前泵体固定,期间必须用动密封防止泄漏,但进口一般压力很低,这就大大降低了密封的难度。

(2)由于转子内的液体的高压除了毕托管和进水之间的通道外均为“内力”,转子类似于一个高压容器,不存在很大的轴向力,因而它无需多级离心泵中必须设置的平衡盘(鼓)。这大大减少了运行中的隐患和维修工作量。

(3)流出的水量大小由毕托管管孔和冲入管孔的流速所决定,管孔可以作到足够的小,比起离心泵的叶轮出口截面可以小许多倍,因而实现小流量的优化设计无任何难度。由于除旋转离心效果外,还增加了滞止冲压的增压作用,所以其泵扬程大大高于普通离心泵(在转子同样的外径及同样的转速条件下)。因而在小流量、高扬程———超低比转数情况下,水力效率会明显高于离心泵。

当然上述优点均是针对超低比转数泵而言的,若比转数大,或者流量大而扬程不高,则仍然应选用普通离心泵,因滞止增压是以牺牲部分水力效率为代价的。毕托泵在其使用范围内水力效率最高不超过60%。

3　立式高压泵的技术特点

文献[1]中给出的立式高压泵(更适合用于小型锅炉给水泵),其结构如图2所示

。

图2　立式高压泵

12泵体　22进水口　32出水口　42电机轴

52电机　62填料　72填料压盖　82护板

92转子盘　102转子　112毕托管　122联轴器其原理仍为毕托泵,但为了降低制造成本,便于维护,更适用于量大面广的小型锅炉给水泵,所以作了下述多项改进。

(1)泵改为立式管道泵型式,这样不但占地面积小,减轻结构重量,而且便于安装、检修。

(2)密封改为软填料,这不但降低了造价,更重要的是容易维修。填料压盖可以很方便地在打开护板8之后进行调整,乃至更新填料而不动联接的管道。图1中的毕托泵,要更换机械密封必须拆开前泵体,由于毕托管又含在转子内,无法同时拆出,所以更换密封时无专用工具和较高技术水平的钳工,是无法进行的,而且此时必须卸开联接的管道,管道内的高压水会有部分散流现场。

(3)取消了轴承箱。由于转子由图1的两轴承支撑外悬式改为立式悬挂,转子旋转时的动平衡状态大为改进,因而大大减轻了轴承负荷,此处取消了轴承箱,用电机轴直联转子,大大降低了整机造价。电机采用专用的管道泵电机,允许转子承受300kg以上的轴向力。由于毕托泵水力轴向力极小,仅为转子自重形成的轴向力,所以运行的可靠性是有保证的。

4　与现有多级离心泵比较及应用前景

以4t/h锅炉给水泵为例,扬程要求100m,则需配用DG6-25×4多级泵,泵实际工作的流量Q= 4m3/h时,泵效率仅为E=35%,配套电机采用7.5k W 功率的电机。而本型泵同样流量Q=4m3/h,扬程H =100m,泵效率为E=45%,配套电机可减为4k W。其节能效果明显。泵的重量则由100kg下降至60kg,其性价比的差异是非常明显的。

此型泵现已形成流量Q=1、2、4、8、10、12m3/h,

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・辅机技术・　　　　　　　　　　　小型锅炉给水泵的优化设计　　　　　　　　

文章编号:100428774(2006)01236204

第一作者:陈全(1968

-),1987年毕业于上

海机械学院机械设计与制造专业,高级工程师,南通万达锅炉股份有限公司技术中心从事工艺装备设计工作。

小R 弯管制造工艺探讨

收稿日期:2005205213

陈　全,程　斌

(南通万达锅炉股份有限公司,南通226005)

摘　要:文章介绍了在普通弯管机上弯制小R 弯管的工艺方法及模具结构。通过大量工艺试验,针对小R 弯管计算的常规公式和经验公式进行了修正,极具参考价值。尤其对一些暂无小R 弯管专用设备的厂家,更具指导意义。

关键词:小R 弯管;工艺方法;模具中图分类号:TK226　　文献标识码:B

D iscussi on about Technology of S mall R Bend Produc i n g

CHEN Quan,CHENG B in

(NanT ong W anda Boiler Co .L td,Nant ong 226005,China )

Abstract:The paper intr oduces technol ogy means and for mwork’s structure of p r oducing s mall R bend by the common bender 。By p lenty of technol ogy text,makes p r ogress in natural f or mula and experience f or mula f or s mall R bend,having reference value 。It has instructi on meaning ,es pecially f or s ome fact ories that have no s pecial equi pment of s mall R bend 。

Key words:s ma ll R bend;technology m ean s ;for m work

1　前言

过热器和再热器都是锅炉中用于提高蒸汽温度

的部件,随着锅炉容量增大、蒸汽初参数提高,过热器的作用更显重要,并在很大程度上影响着锅炉的经济性和运行安全性。通常过热器的受热面由大量平行连接的蛇行管组成,一般管子外径为<32～57,同时为使过热器结构尺寸紧凑、钢耗量小、经济性好,在实际生产中,厚壁管、小R 弯管的情况越来越多,本厂涉及到大量的<38×4、R =50;<32×4、R =45及<42×4、R =60等管子弯制。

目前,大型锅炉生产厂家,均有小R 弯管专用设备,而本厂现有设备中,只有<60、<108、<159三种类型的弯管机,其中<60弯管机的最小弯曲半径为R 72,弯曲中心高度为52,我们在利用现有设备的

基础上,通过生产实践,实现了小R 弯管的工艺方法。

2　小R 弯管的工艺参数

通常小R 弯管是指钢管弯曲半径与管径之比

小于等于1.5的弯管。2.1　工艺参数

小R 弯管冷弯工艺参数包括弯头最小相对弯曲半径R x m in 、外壁允许减薄率b 、弯头椭圆率a 、回弹前弯曲角α等,这些参数将直接影响到钢管弯曲后的质量,严格控制这些参数,具有十分重要的意义。

(1)最小相对弯曲半径R x m in

当弯曲半径小到某一极限值时,弯管过程被破坏,弯头外侧破裂或失稳起皱。因此,设计的管子弯曲半径不能小于最小相对弯曲半径R x m in 。

最小相对弯曲半径R x m in 按下列两个条件进行计算:

按壁厚允许减薄率扬程H =100、120、160、180、200m 的系列规格产品,可用

于0.5～10t/h 的小型工业锅炉,取代现有的多级离心泵,可以做到既便宜又可靠、省电,值得推广。

参考文献

[1]刘力.高压管道泵[P ].中国专利:Z L99211358.X,1999.[2]Ericks on .Pit ot Pu mp with Fluid Lubricated Bearings[P ].

U.S .Patent 4279571,1981.

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