CN110439825A

CN110439825A - 一种在线监测密封环间隙的方法

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Publication number: CN110439825A
Application number: CN201910623421.2A
Authority: CN
Inventors: 朱荣生; 安策; 王秀礼; 陈一鸣; 林彬
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2019-11-12
Also published as: CN111637068A

Abstract

本发明提供了一种在线监测密封环间隙的方法，包括如下步骤：对未磨损的泵数据采集：在额定流量Q₀的工况下，采集i组泵的进口压力P_in，i和出口压力P_out，i；根据进口压力P_in，i和出口压力P_out，i计算在额定流量Q₀工况下泵的实际扬程H₀；根据实际扬程H₀计算出扬程系数K_h；对磨损的泵数据采集：在随机流量Q₁的工况下，第j采样时刻的进口压力P_in，j和出口压力P_out，j；根据进口压力P_in，j和出口压力P_out，j计算在随机流量Q₁工况下泵的扬程H₁；根据随机流量Q₁和扬程H₁预测叶轮与密封环之间的磨损间隙值δ。本发明可以快速地在线检测叶轮与密封环之间的间隙值。

Description

一种在线监测密封环间隙的方法

技术领域

本发明涉及泵的检测领域，特别涉及一种在线监测密封环间隙的方法。

背景技术

随着现代泵业的不断发展，水泵基础理论的研究、水泵性能的改进和水泵方案的设计都不断的完善，相应的水泵智能监控技术水平也需要不断提高以满足现代泵业的需求。水泵监控主要通过流量、扬程等技术指标描述其特性。由于国内应用的很多泵站监控系统采用传统的半自动化模式，其存在测量精度低、实时性差和可靠性差的缺点。另一方面，当泵在长时间的运行后，泵内部会发生密封环磨损等故障，这将改变离心泵内部流体的流动状态，同时造成泵内部的容积损失。此外，叶轮口环处的泄漏流与叶轮进口主流之间存在一个扰动的作用，进而使得叶轮进口的流动状态更加紊乱。这些变化最终会对离心泵的外特性曲线产生较大影响，使得原有装置性能曲线无法再对现有的离心泵进行性能预测。因此，为了对泵的运行进行实时监控及预测，需要对泵内部的密封环间隙进行在线监测，以便及时修正泵的装置曲线。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种在线监测密封环间隙的方法，可以快速检测叶轮与密封环之间的磨损间隙值。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种在线监测密封环间隙的方法，包括如下步骤：

对未磨损的泵数据采集：在额定流量Q₀的工况下，采集i组泵的进口压力P_in，i和出口压力P_out，i；

根据进口压力P_in，i和出口压力P_out，i计算在额定流量Q₀工况下泵的实际扬程H₀；

根据实际扬程H₀计算出扬程系数K_h；

对磨损的泵数据采集：在实测流量Q₁的工况下，第j采样时刻的进口压力P_in，j和出口压力P_out，j；

根据进口压力P_in，j和出口压力P_out，j计算在实测流量Q₁工况下泵的扬程H₁；

根据实测流量Q₁和扬程H₁预测叶轮与密封环之间的磨损间隙值δ。

进一步，根据进口压力P_in，i和进口压力P_out，i计算在额定流量Q₀工况下泵的实际扬程H₀，具体为：

式中：

H_0，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的实际扬程，m；

P_in，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的进口压力，Pa；

P_out，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的出口压力，Pa；

v_1，i为在额定流量Q₀工况下的进口速度，m/s；

v_2，i为在额定流量Q₀工况下的出口速度，m/s；

H₀为实际扬程，m；

n为泵组的总数。

进一步，根据额定扬程H₀计算出扬程系数K_h，具体为：

K_h＝H′₀+K_q

式中：

K_h为扬程系数；

K_q为流量系数，其取值范围为7～9；

h为单位扬程，m；

H₀为实际扬程，m；

H′₀为无量纲额定扬程。

进一步，根据进口压力P_in，j和出口压力P_out，j计算在实测流量Q₁工况下泵的扬程H₁，具体为：

式中：

H_1，j为在实测流量Q₁的工况下第j采样时刻的扬程，m；

P_in，j为在实测流量Q₁的工况下第j采样时刻的进口压力，Pa；

P_out，j为在实测流量Q₁的工况下第j采样时刻的出口压力，Pa；

v_1，j为在额定流量Q₀工况下的进口速度，m/s；

v_2，j为在额定流量Q₀工况下的出口速度，m/s；

H₁为在实测流量Q₁的工况下的扬程，m；

m为总采样时刻。

进一步，根据实测流量Q₁和扬程H₁预测叶轮与密封环之间的磨损间隙值δ，具体为：

式中：

δ为叶轮与密封环之间的磨损间隙值，mm；

δ₀为未出现磨损时叶轮与密封环之间的间隙值，mm；

K_δ为间隙系数，其取值范围为0.3～1；

Q₁为实测流量，m³/h；

Q₀为额定流量，m³/h；

Q₁₁为实测流量Q₁与额定流量Q₀的比值。

进一步，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，所述流量系数K_a的推荐值为7.9。

进一步，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，所述间隙系数K_δ的推荐值为0.58。

进一步，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，所述流量Q₁与额定流量Q₀的比值Q₁₁≥1.4时，预测间隙值δ误差小于3％。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的在线监测密封环间隙的方法，可以在泵的运行过程中监测泵的密封环间隙。

2.本发明所述的在线监测密封环间隙的方法，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，选取所述流量Q₁与额定流量Q₀的比值Q₁₁≥1.4预测离心泵的密封环间隙，误差可以保持在3％以内。

附图说明

图1为本发明所述的泵密封间隙磨损量的方法的流程图。

图2是本发明实施例密封间隙示意图。

图中：

1-叶轮；2-前腔；3-密封环。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的泵密封间隙磨损量的方法，包括如下步骤：

根据实际扬程H₀计算出扬程系数K_h；

根据实测流量Q₁和扬程H₁预测叶轮1与密封环3之间的磨损间隙值δ。

下面具体举例说明：本实施例选择一台比转速为185.5，额定流量为250m³/h，如图2所示，未出现磨损时叶轮1与密封环3之间的间隙为0.45mm的离心泵进行试验：

根据进口压力P_in，i和出口压力P_out，i计算在额定流量Q₀工况下泵的实际扬程H₀，具体为：

式中：

H_0，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的实际扬程，m；

P_in，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的进口压力，Pa；

P_out，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的出口压力，Pa；

v_1，i为在额定流量Q₀工况下的进口速度，m/s；可以通过进口截面与额定流量Q₀计算得到；

v_2，i为在额定流量Q₀工况下的出口速度，m/s；可以通过出口截面与额定流量Q₀计算得到；

H₀为实际扬程，m；

n为泵组的总数。

实施例中的低离心泵最终计算得到：H₀＝15.14m。

所述流量系数K_q选取推荐值为7.9。

根据额定扬程H₀计算出扬程系数K_h，具体为：

K_h＝H′₀+K_q

＝15.14+7.9＝23.04

式中：

K_h为扬程系数；

h为单位扬程，m；取值为1m。

H₀为实际扬程，m；

H′₀为无量纲额定扬程。

实施例中的离心泵最终计算得到：K_h＝23.04。

通过加工叶轮1外径，使叶轮1与密封环3之间的间隙为0.65，即获得试验要用的出现磨损的离心泵。

根据进口压力P_in，j和出口压力P_out，j计算在实测流量Q₁＝350m³/h工况下泵的扬程H₁，具体为：

式中：

H_1，j为在实测流量Q₁的工况下第j采样时刻的扬程，m；

v_1，j为在额定流量Q₀工况下的进口速度，m/s；

v_2，j为在额定流量Q₀工况下的出口速度，m/s；

H₁为在实测流量Q₁的工况下的扬程，m；

m为总采样时刻。

实施例中的出现磨损的离心泵，在Q₁＝350m³/h时的扬程H₁＝10.39m。

根据实测流量Q₁和扬程H₁预测叶轮(1)与密封环(4)之间的磨损间隙值δ，具体为：

式中：

δ为叶轮1与密封环3之间的磨损间隙值，mm；

δ₀为未出现磨损时叶轮1与密封环3之间的间隙值，mm；

间隙系数K_δ取推荐值为0.58；

Q₁为实测流量，m³/s；

Q₀为额定流量，m³/s；

Q₁₁—流量Q₁与额定流量Q₀的比值。

计算结果为：

Q₁₁＝1.4

用同样的方法，对其他流量进行计算，如表1所示：

表1实际间隙为0.65在不同Q₁₁下预测的理论值

Q<sub>11</sub>	0.9	1	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5
								H<sub>1</sub>	15.66	14.92	13.81	12.93	11.66	10.39	9.23
δ	0.529561	0.478072	0.545468	0.527094	0.598052	0.644739	0.645611
								误差	18.53％	26.45％	16.08％	18.91％	7.99％	0.81％	0.68％

通过加工叶轮1外径，使叶轮1与密封环3之间的间隙为1.05，用所述方法进行计算，如表2所示：

表2实际间隙为1.05在不同Q₁₁下预测的理论值

Q<sub>11</sub>	0.9	1	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5
								H<sub>1</sub>	15.02	14.19	13.11	11.95	10.7	9.21	7.78
δ	1.353765	0.97345	0.953402	0.953492	0.964883	1.041043	1.04209
								误差	-28.93％	7.29％	9.20％	9.19％	8.11％	0.85％	0.75％

从上述两个表可以看出，当Q₁₁在1.4时通过实施例计算出的间隙值与试验所使用的泵的间隙值十分接近，可以准确预测出离心泵的间隙值，当Q₁₁小于1.4时，预测值的偏差逐渐增加。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据实际扬程H₀计算出扬程系数K_h；

根据实测流量Q₁和扬程H₁预测叶轮(1)与密封环(3)之间的磨损间隙值δ。

2.根据权利要求1所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，根据进口压力P_in，_i和进口压力P_out，i计算在额定流量Q₀工况下泵的实际扬程H₀，具体为：

式中：

H_0，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的实际扬程，m；

P_in，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的进口压力，Pa；

P_out，i为第i组泵在额定流量Q₀工况下的出口压力，Pa；

v_1，i为在额定流量Q₀工况下的进口速度，m/s；

v_2，i为在额定流量Q₀工况下的出口速度，m/s；

H₀为实际扬程，m；

n为泵组的总数。

3.根据权利要求1所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，根据额定扬程H₀计算出扬程系数K_h，具体为：

K_h＝H′₀+K_q

式中：

K_h为扬程系数；

K_q为流量系数，其取值范围为7～9；

h为单位扬程，m；

H₀为实际扬程，m；

H′₀为无量纲额定扬程。

4.根据权利要求1所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，根据进口压力P_in，_j和出口压力P_out，j计算在实测流量Q₁工况下泵的扬程H₁，具体为：

式中：

H_1，j为在实测流量Q₁的工况下第j采样时刻的扬程，m；

v_1，j为在额定流量Q₀工况下的进口速度，m/s；

v_2，j为在额定流量Q₀工况下的出口速度，m/s；

H₁为在实测流量Q₁的工况下的扬程，m；

m为总采样时刻。

5.根据权利要求1所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，根据实测流量Q₁和扬程H₁预测叶轮(1)与密封环(3)之间的磨损间隙值δ，具体为：

式中：

δ为叶轮(1)与密封环(3)之间的磨损间隙值，mm；

δ₀为未出现磨损时叶轮(1)与密封环(3)之间的间隙值，mm；

K_δ为间隙系数，其取值范围为0.3～1；

Q₁为实测流量，m³/h；

Q₀为额定流量，m³/h；

Q₁₁为实测流量Q₁与额定流量Q₀的比值。

6.根据权利要求3所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，所述流量系数K_q的推荐值为7.9。

7.根据权利要求5所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，所述间隙系数K_δ的推荐值为0.58。

8.根据权利要求5所述的在线监测密封环间隙的方法，其特征在于，当所述离心泵的比转速在120～350范围时，所述流量Q₁与额定流量Q₀的比值Q₁₁≥1.4时，预测间隙值δ误差小于3％。