離心泵是廣泛應用于化工工業(yè)系統(tǒng)的一種通用流體機械。它具有性能適應范
圍廣(包括流量、壓頭及對輸送介質性質的適應性)、體積小、結構簡單、
操作容易、操作費用低等諸多優(yōu)點。
通常,所選離心泵的流量、壓頭可能會和管路中要求的不一致,或由于生產
任務、工藝要求發(fā)生變化,此時都要求對泵進行流量調節(jié),實質是改變離心
泵的工作點。離心泵的工作點是由泵的特性曲線和管路系統(tǒng)特性曲線共同決
定的,因此,改變任何一個的特性曲線都可以達到流量調節(jié)的目的。
目前,離心泵的流量調節(jié)方式主要有調節(jié)閥控制、變速控制以及泵的并、串
聯(lián)調節(jié)等。由于各種調節(jié)方式的原理不同,除有自己的優(yōu)缺點外,造成的能
量損耗也不一樣,為了尋求最佳、能耗最小、最節(jié)能的流量調節(jié)方式,必須
全面地了解離心泵的流量調節(jié)方式與能耗之間的關系。
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1 泵流量調節(jié)的主要方式
1.1 改變管路特性曲線
改變離心泵流量最簡單的方法就是利用泵出口閥門的開度來控制,其實質是
改變管路特性曲線的位置來改變泵的工作點。
1.2 改變離心泵特性曲線
根據(jù)比例定律和切割定律,改變泵的轉速、改變泵結構(如切削葉輪外徑法
等)兩種方法都能改變離心泵的特性曲線,從而達到調節(jié)流量(同時改變壓
頭)的目的。但是對于已經工作的泵,改變泵結構的方法不太方便,并且由
于改變了泵的結構,降低了泵的通用性,盡管它在某些時候調節(jié)流量經濟方
便,在生產中也很少采用。
這里僅分析改變離心泵的轉速調節(jié)流量的方法。當改變泵轉速調節(jié)流量從Q1
下降到Q2時,泵的轉速(或電機轉速)從n1下降到n2,轉速為n2下泵的特
性曲線Q-H與管路特性曲線He=H0+G1Qe2(管路特曲線不變化)交于點A3(Q2
,H3),點A3為通過調速調節(jié)流量后新的工作點。
此調節(jié)方法調節(jié)效果明顯、快捷、安全可靠,可以延長泵使用壽命,節(jié)約電
能,另外降低轉速運行還能有效的降低離心泵的汽蝕余量NPSHr,使泵遠離
汽蝕區(qū),減小離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。缺點是改變泵的轉速需要有通過變
頻技術來改變原動機(通常是電動機)的轉速,原理復雜,投資較大,且流
量調節(jié)范圍小。
1.3 泵的串、并連調節(jié)方式
當單臺離心泵不能滿足輸送任務時,可以采用離心泵的并聯(lián)或串聯(lián)操作。用
兩臺相同型號的離心泵并聯(lián),雖然壓頭變化不大,但加大了總的輸送流量,
并聯(lián)泵的總效率與單臺泵的效率相同;離心泵串聯(lián)時總的壓頭增大,流量變
化不大(公眾號:泵管家),串聯(lián)泵的總效率與單臺泵效率相同。
2 不同調節(jié)方式下泵的能耗分析
在對不同調節(jié)方式下的能耗分析時,文章僅針對目前廣泛采用的閥門調節(jié)和
泵變轉速調節(jié)兩種調節(jié)方式加以分析。由于離心泵的并、串聯(lián)操作目的在于
提高壓頭或流量,在化工領域運用不多,其能耗可以結合圖2進行分析,方
法基本相同。
2.1 閥門調節(jié)流量時的功耗
離心泵運行時,電動機輸入泵軸的功率N為:
N=vQH/η
式中N——軸功率,w;
Q——泵的有效壓頭,m;
H——泵的實際流量,m3/s;
v——流體比重,N/m3;
η——泵的效率。
當用閥門調節(jié)流量從Q1到Q2,在工作點A2消耗的軸功率為:
NA2=vQ2H2/η
vQ2H3——實際有用功率,W;
vQ2(H2-H3)——閥門上損耗得功率,W;
vQ2H2(1/η-1)——離心泵損失的功率,W。
2.2 變速調節(jié)流量時的功耗
在進行變速分析時因要用到離心泵的比例定律,根據(jù)其應用條件,以下分析
均指離心泵的變速范圍在±20%內,且離心泵本身效率的變化不大[3]。用
電動機變速調節(jié)流量到流量Q2時,在工作點A3泵消耗的軸功率為:
NA3=vQ2H3/η
同樣經變換可得:
NA3=vQ2H3+vQ2H3(1/η-1) (2)
式中 vQ2H3——實際有用功率,W;
vQ2H3(1/η-1)——離心泵損失的功率,W。
3 結論
對于目前離心泵通用的出口閥門調節(jié)和泵變轉速調節(jié)兩種主要流量調節(jié)方式
,泵變轉速調節(jié)節(jié)約的能耗比出口閥門調節(jié)大得多,這點可以從兩者的功耗
分析和功耗對比分析看出。通過離心泵的流量與揚程的關系圖,可以更為直
觀的反映出兩種調節(jié)方式下的能耗關系。通過泵變速調節(jié)來減小流量還有利
于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。當流量減小越大時,變速調節(jié)的節(jié)能效率
也越大,即閥門調節(jié)損耗功率越大,但是,泵變速過大時又會造成泵效率降
低,超出泵比例定律范圍,因此,在實際應用時應該從多方面考慮,在二者
之間綜合出最佳的流量調節(jié)方法。