湿平衡能够减低格兰富 S-tube® 污水泵叶轮的振动,最高可降低 70%

如何利用不平衡带来平衡
湿平衡解决方案

闭式叶轮已经存在了几十年,但迄今为止,在污水应用中,它们仍然存在振动、阻塞、效率低下等问题。

格兰富的工程师在设计S-tube® 叶轮时,考虑了三大问题:

- 效率

  • 阻塞
  • 振动

他们首先要解决的是前两个问题,,格兰富控股公司机械与液压部主管 Flemming Lykholt-Ustrup 介绍说。 格兰富 S-tube® 叶轮不仅能让污水通过球面流道自由通过水泵,而且提高了效率,比传统的流道式叶轮高出 20%。

图 1:S-tube® 安装在格兰富 SL1 15 kW 污水泵中。 在各种流量的这款泵中,超过半数的液压效率高于 75%。 资料来源:格兰富

因此,最后要解决的问题是振动。

“对于多叶片叶轮,叶轮周围流体和压力的分布更加均匀,而单流道叶轮周围的压力分布是不对称的”,Flemming Lykholt- Ustrup 解释到。 “广为人知的传统单流道叶轮的一大优势是液压效率高,但潜在的振动问题也是人尽皆知”。

寻求解决振动的方法

振动一直是叶轮的一大问题——刚开始的时候,新的格兰富 S-tube® 叶轮也面临这个问题。 早期的实验室测试表明,这款叶轮效率高、坚实耐用,但振动过大。 振动可能导致部件过早磨损、机械轴封和铜绕组受损、断电,甚至让水泵发生故障。

一般来说,就泵轮而言,可接受的振动水平介于 3-7 毫米/秒之间。 不过,这一标准适用于多叶片叶轮和使用洁净水的泵。 对于单流道叶轮泵来说,还没有相应的标准。 因此,污水泵的振动常常比较大。 这是由于单流道泵的水动力学特性、污水中固体和空气含量的变化以及入泵流量的变化所导致的。 尽管不算理想,但对于振动过大的问题,污水处理行业还是大多选择了容忍。

格兰富决意降低振动,使之低于采用多叶片叶轮的污水泵的振动水平,以此改写标准,Flemming Lykholt-Ustrup 说。

图 2:格兰富 S-tube®叶轮对液压力和扭矩进行了优化

湿平衡是解决之道

有一种振动是由于不平衡造成的,也就是由旋转的机械部件造成的。 格兰富 S- tube® 的一个主要任务是降低振动,从而将噪音水平降至最低,以确保轴承、轴封面等关键部件达到最长使用寿命。

“在减轻不平衡、让电机平稳运行方面,过去的做法是尽可能减轻旋转部件的不平衡,以此防止振动”,Flemming Lykholt-Ustrup 介绍说。 “但由于压力不稳定,这一方法尚有不足”。

格兰富另辟蹊径,用其他方法减轻泵的不平衡: 湿平衡。

“湿平衡是一种静态和动态平衡方法,类似于我们对车轮采用的平衡方法”,他解释说。 “其区别在于,就湿平衡而言,当泵壳和叶轮浸在水中或注满水时,叶轮处于完美的平衡状态。 能在水下取得完美平衡,就能确保以最佳状态运行。 在一些案例中,振动水平低于标准规范电机的振动水平”。 他还补充道,水泵行业过去也试过类似的湿平衡方法,但都未获成功。

湿平衡的关键是故意制造一种机械不平衡,以抵消泵内压力波动造成的动态力不稳定。

他说,这种方法无法解决所有不稳定力,但能解决一个主要的激励源。

为了降低泵的基础激励,格兰富将不稳定的液压力和来自湿平衡的不稳定机械力加以结合,达到一种平衡状态,他解释说。

“我们计算了水泵工作时作用于叶轮的力——直接力和扭矩,以及随泵的流量而明显变化的力”,他说。 “我们无法让这些力全部归零。 这就是我们需要平衡掉的部分。 为此,我们设计了自己的方案——如何让叶轮失去平衡”。

实现表明,振动显著降低。 通过在其单流道 S-tube® 叶轮中引入湿平衡,格兰富将振动降低了 50-70%,Flemming Lykholt-Ustrup 说。

这意味着格兰富的泵变得更耐用、更可靠,因为叶轮和电机的动态平衡是提高泵系统的可靠性和性能的关键。

进一步了解格兰富 S-tube® 叶轮以及采用它的 SL1 和 SE1 1.5 至 30 kW 泵。

阅读产品手册。

参考资料
API 标准 670
欧洲泵业协会的首个振动标准2013 年 7 月版本
ANSI/HI 9.6.4-2009

作者:Bryan Orchard





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