離心泵使用時(shí)的調(diào)節(jié)方式與能源耗損分析

    1、泵流量調(diào)節(jié)的主要方式

    1.1改變管路特性曲線

    改變離心泵流量簡單的方法就是利用泵出口閥門的開度來控制，其實(shí)質(zhì)是改變管路特性曲線的位置來改變泵的工作點(diǎn)。

    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(zhuǎn)速、改變泵結(jié)構(gòu)（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(dá)到調(diào)節(jié)流量（同時(shí)改變壓頭）的目的。但是對(duì)于已經(jīng)工作的泵，改變泵結(jié)構(gòu)的方法不太方便，并且由于改變了泵的結(jié)構(gòu)，降低了泵的通用性，盡管它在某些時(shí)候調(diào)節(jié)流量經(jīng)濟(jì)方便[1]，在生產(chǎn)中也很少采用。這里僅分析改變離心泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量的方法。從圖1中分析，當(dāng)改變泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量從Q1下降到Q2時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速（或電機(jī)轉(zhuǎn)速）從n1下降到n2，轉(zhuǎn)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(diǎn)A3(Q2，H3)，點(diǎn)A3為通過調(diào)速調(diào)節(jié)流量后新的工作點(diǎn)。此調(diào)節(jié)方法調(diào)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(zhuǎn)速運(yùn)行還能有效的降低離心泵的汽蝕余量NPSHr，使泵遠(yuǎn)離汽蝕區(qū)，減小離心泵發(fā)生汽蝕的可能性[2]。缺點(diǎn)是改變泵的轉(zhuǎn)速需要有通過變頻技術(shù)來改變?cè)瓌?dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速，原理復(fù)雜，投資較大，且流量調(diào)節(jié)范圍小。

    1.3泵的串、并連調(diào)節(jié)方式

    當(dāng)單臺(tái)離心泵不能滿足輸送任務(wù)時(shí)，可以采用離心泵的并聯(lián)或串聯(lián)操作。用兩臺(tái)相同型號(hào)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(tái)泵的效率相同；離心泵串聯(lián)時(shí)總的壓頭增大，流量變化不大，串聯(lián)泵的總效率與單臺(tái)泵效率相同。

    2、不同調(diào)節(jié)方式下泵的能耗分析

    在對(duì)不同調(diào)節(jié)方式下的能耗分析時(shí)，文章僅針對(duì)目前廣泛采用的閥門調(diào)節(jié)和泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種調(diào)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(lǐng)域運(yùn)用不多，其能耗可以結(jié)合圖2進(jìn)行分析，方法基本相同。

    2.1閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)的功耗

    離心泵運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(shí)際流量，m3/s；

    v——流體比重，N/m3；

    η——泵的效率。

    當(dāng)用閥門調(diào)節(jié)流量從Q1到Q2，在工作點(diǎn)A2消耗的軸功率為：

    NA2＝vQ2H2／η

    vQ2H3——實(shí)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(diào)節(jié)流量時(shí)的功耗

    在進(jìn)行變速分析時(shí)因要用到離心泵的比例定律，根據(jù)其應(yīng)用條件，以下分析均指離心泵的變速范圍在±20%內(nèi)，且離心泵本身效率的變化不大[3]。用電動(dòng)機(jī)變速調(diào)節(jié)流量到流量Q2時(shí)，在工作點(diǎn)A3泵消耗的軸功率為：

    NA3＝vQ2H3／η

    同樣經(jīng)變換可得：

    NA3＝vQ2H3＋vQ2H3(1／η－1)（2）

    式中vQ2H3——實(shí)際有用功率，W；

    vQ2H3(1／η－1)——離心泵損失的功率，W。

    2.3能耗對(duì)比分析

    3、結(jié)論

    對(duì)于目前離心泵通用的出口閥門調(diào)節(jié)和泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種主要流量調(diào)節(jié)方式，泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)節(jié)約的能耗比出口閥門調(diào)節(jié)大得多，這點(diǎn)可以從兩者的功耗分析和功耗對(duì)比分析看出。通過離心泵的流量與揚(yáng)程的關(guān)系圖，可以更為直觀的反映出兩種調(diào)節(jié)方式下的能耗關(guān)系。通過泵變速調(diào)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(dāng)流量減小越大時(shí)，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效率也越大，即閥門調(diào)節(jié)損耗功率越大，但是，泵變速過大時(shí)又會(huì)造成泵效率降低，超出泵比例定律范圍，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該從多方面考慮，在二者之間綜合出佳的流量調(diào)節(jié)方法。