三元流技术在循环水泵节能技术改造中的应用实践

　　针对某大型化工企业循环水系统存在的“大马拉小车”现象和水泵长期处于“大流量、超扬程”的偏设计工况运行的特点，提出采用“三元流技术”对水泵进行纠偏节能技术改造，通过更换高效三元流叶轮达到提高水泵运行效率及降低能耗的目标。实施改造后，水泵效率提高近10%，单台水泵每年节约电能76.8万kW·h，节能效果显著。

1、前言

　　某大型化工企业循环水系统的6台单级双吸卧式水泵由于叶轮长期磨损、水力效率低以及设计参数与循环水系统匹配不当，造成“大马拉小车”现象严重，水泵长期处于“大流量、超扬程”的偏设计工况的运行状态，运行效率低，具有巨大的节能改造空间。本文所叙述的水泵节能改造，采用了三元流技术，通过重新设计、制造并更换高效三元流叶轮，实现水泵性能优化和运行匹配，达到提高水泵运行效率及降低能耗的目的。

2、不同改造方案对比分析

　　目前，常用的水泵节能技术改造方案主要有4种:切割叶轮外径、变频调速、更换新泵和重新设计高效新叶轮。4种方案的对比特点见表1。

表1水泵节能技术改造方案对比

　　通过表1对4种节能改造方案的综合对比分析可知:采用重新设计高效新叶轮的方案最为可行，该方案是在保证新叶轮与原有叶轮互换性基础上，采用优秀的水力模型对叶轮进行重新设计，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为可以彻底解决切割叶轮和变频节能技术无法实现系统彻底节能的技术难题，标本兼治，达到最佳节能效果。

3、三元流动理论及其实施方法

　　3.1、三元流动理论概述

　　“叶轮机械三元流动理论”是将叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数学模型。依据三元流动理论设计的叶片形状为不规则曲面形状，叶轮叶片的结构可适应流体的真实状态，能够控制叶轮内部全部流体质点的速度分布，可以显著提高水泵的运行效率。三元流动理论最早是由吴仲华院士创立，因此也称“吴氏理论”，他提出了S1、S2两类流面的概念，但是吴氏理论是建立在理想流体“忽略流体粘性”假设的基础上，计算结果往往与流体实际流动情况偏差较大。为此，刘殿魁提出了一种考虑流体粘性的“射流-尾迹模型”完全三元流方法，该方法认为，在叶轮背面存在一个低能流体区，即尾迹区；在压力面附近为流体相对总压和相对流速较高的射流区。一般来说，尾迹区越大，其有效的过流面积越小，水泵效率越低。应用该方法对叶轮进行设计，有效解决了尾迹区的影响，增大了叶轮有效流通面积，提高了水泵工作效率。

5、结语

　　利用三元流技术设计高效叶轮对循环水泵进行节能技术改造，可以实现水泵运行参数曲线的改变，使运行参数满足生产需求，而且水泵运行平稳可靠。通过改造，提高了水泵运行效率，降低了电能消耗，节能效果显著。三元流技术在循环水系统中的成功应用以及相关研究方法为今后叶轮机械的节能技术改造提供了借鉴。