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淺談離心泵的調(diào)節(jié)方式與能耗分析

時間:2020/10/20 20:06:08 點(diǎn)擊:33

  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(diào)節(jié)的幾種主要方式:出口閥門調(diào)節(jié)、泵變速調(diào)節(jié)和泵的串、并聯(lián)調(diào)節(jié)。用特性曲線圖分析了出口閥門調(diào)節(jié)和泵變速調(diào)節(jié)兩種方式的能耗損失,并進(jìn)行了對比,指出離心泵用變速調(diào)節(jié)流量比用出口閥門調(diào)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(guān)。在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)該注意變速調(diào)節(jié)的范圍,才能更好的應(yīng)用離心泵變速調(diào)節(jié)。
  離心泵是廣泛應(yīng)用于化工工業(yè)系統(tǒng)的一種通用流體機(jī)械。它具有性能適應(yīng)范圍廣(包括流量、壓頭及對輸送介質(zhì)性質(zhì)的適應(yīng)性)、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、操作費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)。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(wù)、工藝要求發(fā)生變化,此時都要求對泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié),實(shí)質(zhì)是改變離心泵的工作點(diǎn)。離心泵的工作點(diǎn)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?nèi)魏我粋€的特性曲線都可以達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。目前,離心泵的流量調(diào)節(jié)方式主要有調(diào)節(jié)閥控制、變速控制以及泵的并、串聯(lián)調(diào)節(jié)等。由于各種調(diào)節(jié)方式的原理不同,除有自己的優(yōu)缺點(diǎn)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(diào)節(jié)方式,必須全面地了解離心泵的流量調(diào)節(jié)方式與能耗之間的關(guān)系。
1 泵流量調(diào)節(jié)的主要方式
  1.1 改變管路特性曲線
  改變離心泵流量最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(同時改變壓頭)的目的。但是對于已經(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,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)來改變原動機(jī)(通常是電動機(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)單臺離心泵不能滿足輸送任務(wù)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(diào)節(jié)方式下泵的能耗分析
  在對不同調(diào)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(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)流量時的功耗
  離心泵運(yùn)行時,電動機(jī)輸入泵軸的功率N為:
  N=vQH/η
  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)流量時的功耗
  在進(jìn)行變速分析時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]。用電動機(jī)變速調(diào)節(jié)流量到流量Q2時,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。

3 結(jié)論
  對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,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,泵變速過大時又會造成泵效率降低,超出泵比例定律范圍,因此,在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)該從多方面考慮,在二者之間綜合出最佳的流量調(diào)節(jié)方法。
 

 

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