離心泵調節(jié)方式與能耗分析

        通過離心泵與管路系統(tǒng)的特性曲線圖分析了離心泵流量調節(jié)的幾種主要方式：出口閥門調節(jié)、泵變速調節(jié)和泵的串、并聯(lián)調節(jié)。用特性曲線圖分析了出口閥門調節(jié)和泵變速調節(jié)兩種方式的能耗損失，并進行了對比，指出離心泵用變速調節(jié)流量比用出口閥門調節(jié)流量可以更好的節(jié)約能耗，且節(jié)能效率與流量變化大小有關。在實際應用時應該注意變速調節(jié)的范圍，才能更好的應用離心泵變速調節(jié)。  
        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(chǎn)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。
        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(jīng)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(jīng)濟方便[1]，在生產(chǎn)中也很少采用。這里僅分析改變離心泵的轉速調節(jié)流量的方法。從圖1中分析，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[2]。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，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(jīng)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。
        2.3 能耗對比分析
        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。