離心泵常用調(diào)節(jié)方式的分析|資料

離心泵在水利、化工等行業(yè)應(yīng)用十分 ，對(duì)其工況點(diǎn)的選擇和能耗的分析也日益受到重視。所謂工況點(diǎn)，是指水泵裝置在某瞬時(shí)的實(shí)際出水量、揚(yáng)程、軸功率、效率以及吸上真空高度等，它表示了水泵的工作能力。通常，離心泵的流量、壓頭可能會(huì)與管路系統(tǒng)不一致，或由于生產(chǎn)任務(wù)、工藝要求發(fā)生變化，需要對(duì)泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其實(shí)質(zhì)是改變離心泵的工況點(diǎn)。除了工程設(shè)計(jì)階段離心泵選型的正確與否以外，離心泵實(shí)際使用中工況點(diǎn)的選擇也將直接影響到用戶的能耗和成本費(fèi)用。因此，如何合理地改變離心泵的工況點(diǎn)就顯得尤為重要。

離心泵的工作原理是把電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被提升液體的動(dòng)能和勢(shì)能，是一個(gè)能量傳遞和轉(zhuǎn)化的過(guò)程。根據(jù)這一特點(diǎn)可知，離心泵的工況點(diǎn)是建立在水泵和管道系統(tǒng)能量供求關(guān)系的平衡上的，只要兩者之一的情況發(fā)生變化，其工況點(diǎn)就會(huì)轉(zhuǎn)移。工況點(diǎn)的改變由兩方面引起：一．管道系統(tǒng)特性曲線改變，如閥門節(jié)流；二．水泵本身的特性曲線改變，如變頻調(diào)速、切削葉輪、水泵串聯(lián)或并聯(lián)。

下面就這幾種方式進(jìn)行分析和比較：

一、閥門節(jié)流

改變離心泵流量最簡(jiǎn)單的方法就是調(diào)節(jié)泵出口閥門的開(kāi)度，而水泵轉(zhuǎn)速保持不變（一般為額定轉(zhuǎn)速），其實(shí)質(zhì)是改變管路特性曲線的位置來(lái)改變泵的工況點(diǎn)。如圖1所示，水泵特性曲線Q－H與管路特性曲線Q－∑h的交點(diǎn)A為閥門全開(kāi)時(shí)水泵的極限工況點(diǎn)。關(guān)小閥門時(shí)，管道局部阻力增加，水泵工況點(diǎn)向左移至B點(diǎn)，相應(yīng)流量減少。閥門全關(guān)時(shí)，相當(dāng)于阻力無(wú)限大，流量為零，此時(shí)管路特性曲線與縱坐標(biāo)重合。從圖1可看出，以關(guān)小閥門來(lái)控制流量時(shí)，水泵本身的供水能力不變，揚(yáng)程特性不變，管阻特性將隨閥門開(kāi)度的改變而改變。這種方法操作簡(jiǎn)便、流量連續(xù)，可以在某一最大流量與零之間隨意調(diào)節(jié)，且無(wú)需額外投資，適用場(chǎng)合很廣。但節(jié)流調(diào)節(jié)是以消耗離心泵的多余能量（圖中陰影部分）來(lái)維持一定的供給量，離心泵的效率也將隨之下降，經(jīng)濟(jì)上不太合理。

二、變頻調(diào)速

工況點(diǎn)偏離高效區(qū)是水泵需要調(diào)速的基本條件。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，閥門開(kāi)度保持不變（通常為最大開(kāi)度），管路系統(tǒng)特性不變，而供水能力和揚(yáng)程特性隨之改變。如圖2所示，A為水泵平衡工況點(diǎn)（也稱工作點(diǎn)），對(duì)應(yīng)效率ηa。欲減小流量，可將轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)工況點(diǎn)為B，對(duì)應(yīng)效率ηb，水泵仍處于高效區(qū)內(nèi)。如果采用閥門節(jié)流的方法來(lái)調(diào)節(jié)，則工況點(diǎn)為C，對(duì)應(yīng)效率為ηc，泵的效率下降。由此可見(jiàn)，在所需流量小于額定流量的情況下，變頻調(diào)速時(shí)的揚(yáng)程比閥門節(jié)流小，所以變頻調(diào)速所需的供水功率也比閥門節(jié)流小，圖2中的陰影部分表示的就是變頻調(diào)速所節(jié)約的供水功率。很顯然，與閥門節(jié)流相比，變頻調(diào)速的節(jié)能效果很突出，離心泵的工作效率更高。另外，采用變頻調(diào)速后，不僅有利于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性，而且還可以通過(guò)對(duì)升速/降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)開(kāi)機(jī)/停機(jī)過(guò)程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而在很大程度上消除了極具破壞性的水錘效應(yīng)，大大延長(zhǎng)了水泵和管道系統(tǒng)的壽命。

事實(shí)上，變頻調(diào)速也有局限性，除了投資較大、維護(hù)成本較高外，當(dāng)水泵變速過(guò)大時(shí)會(huì)造成效率下降，超出泵比例定律范圍，不可能無(wú)限制調(diào)速。

三、切削葉輪

當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，泵的壓頭、流量均和葉輪直徑有關(guān)。對(duì)同一型號(hào)的泵，可采用切削法改變泵的特性曲線。設(shè)離心泵原葉輪直徑為D、流量為Q、揚(yáng)程為H、功率為P，切削后的葉輪直徑為D′、流量為Q′、揚(yáng)程為H′、功率為P′，則其相互關(guān)系為：

上述三式統(tǒng)稱為泵的切削定律。切削定律是建立在大量感性試驗(yàn)資料基礎(chǔ)上的，它認(rèn)為如果葉輪的切削量控制在一定限度內(nèi)（此切削限量與水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)），則切削前后水泵相應(yīng)的效率可視為不變。切削葉輪是改變水泵性能的一種簡(jiǎn)便易行的辦法，即所謂變徑調(diào)節(jié)，它在一定程度上解決了水泵類型、規(guī)格的有限性與供水對(duì)象要求的多樣性之間的矛盾，擴(kuò)大了水泵的使用范圍。當(dāng)然，切削葉輪屬不可逆過(guò)程，用戶必須經(jīng)過(guò)精確計(jì)算并衡量經(jīng)濟(jì)合理性后方可實(shí)施。

四、水泵串聯(lián)和并聯(lián)

水泵串聯(lián)是指一臺(tái)泵的出口向另一臺(tái)泵的入口輸送流體。以最簡(jiǎn)單的兩臺(tái)相同型號(hào)、相同性能的離心泵串聯(lián)為例：如圖3所示，串聯(lián)性能曲線相當(dāng)于單泵性能曲線的揚(yáng)程在流量相同的情況下迭加起來(lái)，串聯(lián)工作點(diǎn)A的流量和揚(yáng)程都比單泵工作點(diǎn)B的大，但均達(dá)不到單泵時(shí)的2倍，這是因?yàn)楸么?lián)后一方面揚(yáng)程的增加大于管路阻力的增加，致使富余的揚(yáng)程促使流量增加，另一方面流量的增加又使阻力增加，抑制了總揚(yáng)程的升高。水泵串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，必須注意后一臺(tái)泵是否能夠承受升壓。啟動(dòng)前每臺(tái)泵的出口閥都要關(guān)閉，然后順序開(kāi)啟泵和閥門向外供水。

水泵并聯(lián)是指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的泵向同一壓力管路輸送流體，其目的是在壓頭相同時(shí)增加流量。仍然以最簡(jiǎn)單的兩臺(tái)相同型號(hào)、相同性能的離心泵并聯(lián)為例：如圖4所示，并聯(lián)性能曲線相當(dāng)于單泵性能曲線的流量在揚(yáng)程相等的情況下迭加起來(lái)，并聯(lián)工作點(diǎn)A的流量和揚(yáng)程均比單泵工作點(diǎn)B的大，但考慮管阻因素，同樣達(dá)不到單泵時(shí)的2倍。

如果純粹以增加流量為目的，那么究竟采用并聯(lián)還是串聯(lián)應(yīng)當(dāng)取決于管路特性曲線的平坦程度，管路特性曲線越平坦，并聯(lián)后的流量就越接近于單泵運(yùn)行時(shí)的2倍，從而比串聯(lián)時(shí)的流量更大，更有利于運(yùn)作。

五、結(jié)論

閥門節(jié)流雖然會(huì)造成能量的損失和浪費(fèi)，但在一些簡(jiǎn)單場(chǎng)合仍不失為一種快速易行的流量調(diào)節(jié)方式；變頻調(diào)速因其節(jié)能效果好、自動(dòng)化程度高而越來(lái)越受到用戶的青睞；切削葉輪一般多用于清水泵，由于改變了泵的結(jié)構(gòu)，通用性較差；水泵串聯(lián)和并聯(lián)只適用于單臺(tái)泵不能滿足輸送任務(wù)的情況，而且串聯(lián)或并聯(lián)的臺(tái)數(shù)過(guò)多反而不經(jīng)濟(jì)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)從多方面考慮，在各種流量調(diào)節(jié)方法之中綜合出 方案，確保離心泵的高效運(yùn)行。