三元流叶轮改造

淮北矿业集团公司合理化建议、技术改进项目申报表项目名称煤矿运用“三元流”新技术对水泵进行节电改造项目建议人黄儒林申报单位朔里矿业有限责任公司申报时间2011年8月17日编号淮北矿业集团公司合理化建议办公室制申报说明一、本申报表为集团公司统一格式。

本表申报项目，只限于个人或班组、科区（车间）集体提出的单项合理化建议、技术改进项目。

二、申报项目实行基层和集团公司二级评审制，基层评审项目必须符合下列规定：1、符合集团公司文件中规定视为合理化建议和技术改进项目。

2、评审项目要坚持“三性”统一的原则。

3、年创造经济价值计算系指该项目年创造纯经济价值。

三、基层向集团公司申报评审项目，除符合第二条规定外，还必须符合以下规定：1、一个项目年创造纯经济价值在10万元以上。

2、本单位对申报项目要有具体的评审、处理或推荐意见。

四、申报项目类型指：创造发明、技术改进、新技术推广。

五、申报项目所属范围指：生产技术、机电运输、一通三防、地测防治水、安全管理、环境保护、煤质选煤、经营管理、精神文明。

六、项目来源：上级指令性计划项目和科研项目不列入本表范围。

七、项目建议人，是指完成项目起主要作用的人员，一般不得超过三人。

1 合理化建议或技术改进项目名称煤矿运用“三元流”新技术对水泵进行节电改造2 项目来源本矿自筹3 申报项目类型新技术推广4 项目所属范围机电运输5 建议人姓名工作单位职务职称提出人黄儒林朔里矿业有限责任公司——高级工程师完善人杨杰朔里矿业有限责任公司讲堂主任高级技师协助人柳建朔里矿业有限责任公司科长高级工程师6 实施单位（人）全集团公司范围内实施时间2011年开始7 建议或改进项目应用范围、对象：运用“三元流”新技术可对煤矿各类大型水泵进行改造，能显著提高水泵的运行效率，达到节约用电及减少开泵数量的主要目的。

该新技术也是国际上流行的一种简易而行的新技术。

国内部分钢铁企业大型循环水泵运用该技术改造，获得了成功，并取得了显著的节能经济效益。

浅析离心泵叶轮基于三元流理论的节能改造摘要：闸述了离心泵三元流叶轮节能技术的应用改造情况。

三元流叶轮应用于离心泵实际工况与设计工况不吻合情况下的节能改造，具有投资少、见效快，实施方便，节能显著等特点。

1 概述大庆炼化公司润滑油厂石蜡成型车间粒蜡冷却系统由于近两年增加了生产线、离心泵运行时间过长等原因导致设计工况与实际工况不相符，造成离心泵运行效率低，浪费不少电能。

针对上述能源浪费情况，车间对离心泵进行技术改造，公司与大连里欧华能泵业有限公司合作，应用三元流理论对叶轮进行改造，取得了一定的节能效果。

2 离心泵效率提升改造的技术理论2.1离心泵工作原理及结构我们的生活和工业生产离不开各种各样的泵，特别是化工类企业，处处都有不同的泵在用于满足我们企业功能的实现和需要。

泵是一种进行能量转换的通用设施，它能把动力机如电机、马达等的机械能或者其它形式能源的能量传递给所输送的流体介质，达到流体势能增加的目的，从而可把各种液体流体从低处输送到高处，或从一处抽送到另外一处。

泵主要用来传输水、油等液体，亦可输送由气液构成的混合物或者带有部分细小颗粒物的液体。

泵的种类众多，根据工作原理一般可分为动力式泵（含离心泵）、容积式泵和其他类型泵三大类。

而离心泵是用装在泵壳内被电机带动的叶轮做高速旋转运动产生的离心力来进行工作的设备，其工作原理为先将输送物料灌满泵壳和泵入口管道，然后，启动动力设施，使叶轮和进入泵壳内的液体作高速的旋转运动，此时，液体由于受到强大的离心力作用而被甩出叶轮流道，再由蜗形泵壳中的固定流道而进入泵出口管（也叫做压水管道）。

这时候，泵叶轮吸入口由于该处介质受强大离心力作用被甩出继而成为了真空状态，在该瞬间真空的引导下，输送介质沿着泵入口管而迅速、完全地流入到叶轮的吸入口，再一次受到叶轮的作用，被甩出后进入泵的出口管。

由此，就完成了离心泵的连续输送功能。

离心泵的分类根据不同原则有不同划分。

如按叶轮数目可分为：1）单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮，较常见；2）多级泵：在泵轴上安装有两个或多个叶轮，多用于高扬程场合，因此时泵的总扬程为多个叶轮产生的扬程总和。

三元流叶轮设计流程
三元流叶轮是一种用于离心式压缩机、风机、涡轮机等设备中的重要组件，其设计流程通常包括以下几个步骤：
1. 确定设计要求和性能指标：根据设备的用途和要求，确定三元流叶轮的设计要求和性能指标，如流量、压力、转速等。

2. 建立数学模型：根据叶轮的几何形状和流场分布，建立数学模型，包括叶片数、叶片倾角、叶片后掠角、流道形状等参数。

3. 进行流场数值模拟：利用计算流体力学（CFD）软件对流场进行数值模拟，求解速度、压力、温度等物理量，并分析流场分布情况。

4. 优化叶轮结构：根据数值模拟结果，优化叶轮结构，如叶片数、叶片倾角、叶片后掠角、流道形状等，以满足性能指标和减少流动噪声。

5. 进行实验测试：对优化后的叶轮进行实验测试，验证数值模拟结果和优化效果，并进行必要的修正和调整。

6. 确定最终设计方案：根据实验测试结果和设计要求，确定最终的三元流叶轮设计方案，包括叶轮几何形状、叶片数、叶片倾角、叶片后
掠角、流道形状等参数，并进行生产制造。

需要注意的是，三元流叶轮的设计流程可能因具体设备而异，上述流程仅供参考。

在实际设计过程中，需要根据具体情况进行调整和完善。

高效三元流技术对高扬程大流量离心泵叶轮的节能改造赵文辉【摘要】The operating point deviation, low efficiency and high power consumption problem exist in the running of high lift and large flow rateof horizontal centrifugal pump, the impeller is designed and manufactured through the application of three dimensional flow technology, the impeller is only replaced in the case of original water pump and motor remaining the case, parameter measurement is compared, the efficiency of the pump significantly is improved, which achieves energy saving effect significantly. At the same time, it provides the reference for the efficient way of energy saving for same type water pump and system.%高扬程大流量卧式离心泵运行中存在工况点偏离，效率低下，耗电量大等问题，通过三元流技术对叶轮重新设计制造，在原有水泵及配套电机不变的情况下只更换叶轮，运行中进行参数测试比较，水泵运行效率明显提高，达到显著的节能效果。

同时为同类型水泵及系统的高效节能改造提供借鉴途径。

【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】3页(P190-191,213)【关键词】高扬程大流量;双吸泵;三元流技术;改造【作者】赵文辉【作者单位】甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃景泰 730400【正文语种】中文【中图分类】TH3110 引言甘肃省景电工程一期泵站装有16台32Sh-9型双吸离心泵，这些泵是保证景泰川灌区30万亩农田和20万人畜饮水的关键设备。

应用三元流技术改造循环水泵实现节能降耗摘要：胜利石化总厂供排水车间第二循环水场于97年投入运行，正常生产运行3-4台循环水泵，随着机泵长周期的运行，机泵内部部件腐蚀、磨损严重，高耗低效问题日益突出。

为此，车间提出应用三元流技术对8台循环水泵叶轮进行改造，改造后机泵效率得到大幅提升，年节电497万度，减少电费支出326万元，实现节能降耗目的。

关键词：三元流改造叶轮降耗一、石化总厂供排水车间循环水系统现状及存在的问题供排水车间第二循环水场于1997年3月份建成投产，供石化总厂常减压、加氢、焦化、重油催化、气分、空分、硫磺等装置水冷换热设备和机泵设备的冷却用水。

日平均耗电量为50000kWh左右，占全厂耗电总量的10%，是全厂用电大户。

车间有7台型号为600S75B的单级双吸离心循环水泵，设计参数为功率560kW、转速970r/min，流量2710m3/h、额定电流67.9A，1台型号为12sh-9单级双吸离心循环水泵，设计参数为功率220KW，流量790m3/h。

正常生产情况下运行3-4台循环水泵。

随着机泵长周期的运行，机泵内部部件腐蚀、磨损严重，高耗低效问题日益突出：一方面机泵效率逐渐降低，供水能力逐步减少，外送水量由设计值2710m3/h降至目前2090m3/h左右。

另一方面，电耗较高，部分电机发生电流超设计值的情况，不符合目前设备节能降耗的要求。

如何提高机泵的效率，延长其使用寿命，大幅度降低电耗，实现节能任务成为当前急需解决的问题。

为此，车间决定对循环水泵叶轮进行“三元流”改造。

二、叶轮机械“三元流动理论”原理叶轮机械三元流动理论即对径流、混流两类流面适当组合、相互迭代，然后完整地得出气流流过叶轮机械叶片槽道空间的三维变化。

三元流技术是用数学方法和模型来模拟分析叶轮机械复杂的内部流动，使泵的叶轮设计比以前有了改善，设计更合理，所以泵的效率得到了提高。

“射流—尾迹三元流动”理论，把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。

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(chvacuum/)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。

三元流技术在供水水泵节能改造中的效果分析摘要随着三元流动理论在实际应用中的技术逐步成熟，泵的效率得到了极大提高，与一元流、二元流技术相比，泵的节电率可达到5％～20％以上。

应用三元流动理论，是把叶轮内部无限的分割，通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮数学模型。

运用该技术在燕山石化水务气体管理中心供水水泵上进行节能技术改造，使电机电流降幅达到16%，节能效果显著。

关键词节能新技术；三元流；改造0 引言全世界范围内水泵机组用电量占整个社会耗电量的20%～25%，在我国次比例为21%。

节能技术和产品的研究得到了世界各国的重视。

随着三元流动理论在实际应用中的技术逐步成熟，泵的效率得到了极大提高，与一元流、二元流技术相比，泵的节电率可达到5％～20％以上。

燕山石化水气中心的设备以水泵和风机为主，其中大部分水泵由于设计水平和现场运行工况的影响，导致效率低，能耗大。

在运行过程中，水泵长期处于出口阀节流状态，造成不必要的能源浪费。

通过节能新技术的应用，从根本上解决低效率、高能耗问题，在供水节能降耗方面具有十分重要的意义。

1 周口泵站2#泵设备改造前情况分析周口泵站运行方式、外送水量比较稳定，水量日变化不大，但一年中大部分时间2#处于出口阀节流状态，造成很大的能量损耗。

据统计，一年中出口阀全开的时间非常少。

周口3#泵和山口2#泵的额定流量为1 170t/h，实际上，周口的平均供水量为1 000t/h。

2 三元流技术在2#泵上的应用三元流技术的应用特点是：在不改变水泵的额定扬程情况下，水泵的额定流量通过生产工艺的要求选择适合实际需要的额定流量。

同时，水泵机组的基础和机组本身不作任何变动，水泵就相当于一次大修更换叶轮，只是所替换的叶轮为三元流技术叶轮。

三元流叶轮的一个显著特点就是即使额定流量和额定扬程不变，采用三元流叶轮也能达到节能的效果。

结合周口泵站的工艺特点和三元流技术叶轮作用，对周口泵站长期运行的水泵叶轮改造为三元流叶轮。

三元流叶轮设计流程叶轮是流体机械中的重要组成部分，其设计是保证机械系统高效运行的关键。

三元流叶轮是一种常见的叶轮类型，其设计流程需要遵循一定的步骤和准则，以确保叶轮具有良好的性能和可靠性。

下面将介绍三元流叶轮设计的流程和相关要点。

第一步：确定设计要求和工况参数在进行三元流叶轮设计之前，需要明确设计的要求和工况参数。

例如，流量、扬程、转速、进口压力、出口压力等。

这些参数将决定叶轮的叶片数目、流道形状、叶片厚度等设计参数。

第二步：建立流道截面轮廓线根据所给的工况参数，需要建立流道截面的轮廓线。

通常情况下，三元流叶轮采用双曲线型轮廓，该轮廓能够使得流体在叶轮内部均匀分布，减小能量损失。

建立轮廓线可以依靠专业软件进行绘制和优化，确保叶轮具有良好的流动特性。

第三步：确定叶片的尺寸和数量根据轮廓线，确定叶片的尺寸和数量。

叶片的宽度和厚度需要保证叶轮的强度和刚度，同时要考虑叶片间的流量分配和流动损失。

叶片的数量也会影响叶轮的性能，通常需要进行优化来确定最佳的叶片数目。

第四步：进行流场分析和参数优化在确定叶片的尺寸和数量之后，需要进行流场分析和参数优化。

通过数值模拟和计算，可以对叶轮的流动特性进行评价和调整。

流场分析可以帮助优化叶片形状、叶片间隙、叶片入口和出口角度等参数，以得到最佳的性能和效果。

第五步：制造叶轮样品并进行实验测试在经过流场分析和参数优化之后，需要制造叶轮样品并进行实验测试。

实验测试可以验证数值模拟结果的准确性，并评估叶轮的性能和可靠性。

实验测试还可以帮助调整和优化叶轮的设计参数，以获得更好的性能。

第六步：优化设计参数并进行试验验证根据实验测试结果，可以对设计参数进行优化，并进行试验验证。

通过不断优化和调整，可以得到性能更好的叶轮设计方案。

试验验证也可以检验叶轮设计的可行性和合理性，确保叶轮在实际应用中具有良好的工作性能。

总结：三元流叶轮的设计流程包括确定设计要求和工况参数、建立流道截面轮廓线、确定叶片的尺寸和数量、进行流场分析和参数优化、制造叶轮样品并进行实验测试、以及优化设计参数并进行试验验证。

1、三元流改造技术先进性2、改造方案或内容3、改造后风机技术指标可达到的效果及节能效果1．三元流改造技术先进性：一元流动设计的理论基础上，即把叶轮内部流体的流态简单地看成流体在弯曲管内的匀速流动，通过这种方法对叶轮建立的数学模型无疑是很不真实的，对流体在叶轮内部运动的反映也是很不准确的。

因此，通过这一方法计算、设计的叶轮，其效率是很低的。

七十年代后出现了设计的二元理论，这一理论的出现使叶轮设计理论得到发展完善。

这一理论通过在一个曲面上的分析，把叶轮流道及流体流态做为变量来看待，使风机的叶轮设计比以前有了改善。

设计合理，所以风机的效率得到了提高; 目前应用的“三元流动”理论，把叶轮内部的三元立体空间无限地分割,通过对叶轮流道内的各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流动的数学模型。

通过这一方法，对叶轮流道分析可以做得最准确,反映流体的流场、压力分布也最接近实际。

因此，三元流设计的叶轮也就能更好地满足工况要求，效率显著提高，节电率可达到5--20％。

2. 改造方案或内容:通过对叶轮叶片长度方向的相对速度和静压进行校核计算，确定叶片数和及进出口气流角和安装角，减少煤气流动阻力和功耗，在不改变风机机壳和更换电机的前提下，通过改变鼓风机转子、隔板等部件，就能达到节约能源，提高煤气输送能力的目的。

3. 改造后风机技术指标可达到的效果及节能效果:一是评估三元流改造后的风机煤气输送量的提高；二是节电效果评估，主要是煤气量和电耗的比较；以下是梅山化工公司的改造效果参数：原风机型号：D750-25 风量：750M3/min 电机功率：800KW改造前后有关参数：表1表21、与没有改造的风机相比可节电5%左右；2、至于改造后增加多大输送量需要根据厂方需要进行计算看是否能达到要求，实际看在15%至20%左右可行，与理论设计30%有一定距离，且电机可能不匹配。

西安交通大学科技成果——烧结风机模型机三元高效叶轮节能技术项目简介烧结主抽风机的电能消耗约占整个烧结厂电能总消耗的50%，是能源消耗的大户。

目前烧结风机大多是依据二元理论设计的风机，它制造较为简单，成本低，技术成熟，但是运行效率偏低，对能源有较大浪费。

本课题组通过对某烧结离心风机模型机叶轮进出口流动状态，子午面流动分离，叶片成型加载规律以及蜗舌影响的研究，在不改变原蜗壳几何尺寸，以及采用直线锥前盘叶轮的条件下，开发了一种高效的三元叶轮烧结风机模型机。

该三元叶轮对工作介质在通过叶轮时能进行有效地控制，减少或消除叶轮内部的涡流，最大限度地利用叶轮结构尺寸，形成最适合气流通过的叶片流道形状，能较大幅度提升叶轮做功能力和风机效率。

因此，在目前二元叶轮烧结风机应用还比较普遍的情况下，采用该三元流叶轮风机进行增容改造，具有比较突出的节能减排意义。

产品性能优势项目组掌握了三元风机气动设计研发的关键技术，可以依据用户参数要求开发高效的三元烧结风机模型机。

所研发烧结风机不改变用户原有蜗壳主要尺寸，只改变叶轮，能最大限度节约用户的节能改造成本。

针对陕鼓通风设备有限公司某型号二元烧结风机模型机，本项目开发的三元风机模型机在额定条件下总压效率为86.7%，静压效率为78.8%，比原二元叶轮风机总压效率提高了7.7%，静压效率提高了6.5%，且高效工况区大幅度拓宽。

对于实际尺寸的大型烧结风机机型，效率还会有显著提升空间，预计会提升在12%以上，项目具有显著的节能效益。

所研发风机模型机的无量纲性能曲线对比，如图1所示。

图2为研发中的风机加工与测试试验。

图1 二元风机与新研发三元风机模型机试验性能对比市场前景及应用项目组可为烧结风机设计制造企业提供技术服务，开展合作研发。

为烧结风机节能改造，以及其它大型高压离心风机的节能改造提供技术支持及合作研发。

项目组可以依据用户需求开发新型高效离心风机。

技术成熟度工程样机（a）加工中的三元叶轮（b）模型机试验测试图2 风机加工与测试试验合作方式合作开发。

三元流叶轮焊接裂纹分析及工艺改进倪海毅;于德梅【摘要】The reasons of welding cracks of the 3-D flow impeller were analyzed in this paper, it was considered that welding cold cracks was mainly caused by the relatively large structure stiffness of the impeller. Then the improvement should be from the aspects of improving materials organization before the impeller welding, reducing confining stress of impeller, and optimizing welding production technological process of impeller. The corresponding improvement measures were proposed and the welding quality of impeller was assured. Especially through the heat treatment process for the impeller after transformation, the organizationof base metal and weld were more evenly.% 对某三元流叶轮焊接后出现裂纹的原因进行了分析，认为其主要是因为结构刚度相对较大产生的冷裂纹。

对此，从改善叶轮焊接前的材料组织状态、降低叶轮的拘束应力和优化叶轮焊接生产的工艺流程入手，提出了对应的改进措施，确保了叶轮的焊接质量，特别是改造后的焊接叶轮经过整体调质热处理后，母材和焊接的组织更为均匀。

三元流叶轮是一种根据流体实际流线模拟出的，在数控机床上加工出的高效率叶轮，效率可提高较多，下面是我厂的实例：北3#泵型号为500S-59，标牌扬程59米，流量2020吨/小时，我厂的工艺要求循环水系统压力为0.45MPa。

由于泵的特性与我厂的工艺需求不相符，造成泵的效率低，能耗浪费大。

改造前，经过检测，北3#泵的实际流量为2400吨/小时，系统压力为0.44MPa，当时的电流为54A，由此可计算出泵的实际效率。

北泵房3#泵消耗功率：N =√3UICOSφη/1000=1.732×6000×54×0.85×0.98/1000=467.5（kw）泵的效率为：η =(g×Q×H)÷N×100%=（9.81×2400×44÷3600）÷467.5×100%=62%由此可见，该泵的运行效率偏低，达不到泵的设计效率。

该泵如果在系统供水压力为0.59 MPa 时，设计参数中的运行效率应为83%。

改造后经过2个月的运行，我们对北3#泵的运行数据进行监测：供水压力在0.44±0.01 MPa 时，泵的流量大部分在2400吨/小时～2700吨/小时之间，电流在49A～50A之间。

据此我们对改造后泵的效率进行计算：（计算值均取变化范围的绝对平均数）消耗功率：N =√3UICOSφη/1000=1.732×6000×49.5×0.85×0.98/1000=428.5（kw）泵的效率为：η =(g×Q×H)÷N×100%=（9.81×2550×44.5÷3600）÷428.5×100%=72%改造后泵的运行效率提高了10个百分点，效果非常显著。

说明：我们所采集的数据均为现场仪表所显示数据，由于电工配电间内电流表所显示的数据要比现场的低6A～7A，如果以配电间电流表为准，可计算出改造后泵的运行效率可达82%。