徐宛星

(鄭州大學(xué)國(guó)際學(xué)院　河南鄭州　450000)

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離心泵的變速調(diào)節(jié)

徐宛星

(鄭州大學(xué)國(guó)際學(xué)院河南鄭州450000)

介紹了離心泵變速調(diào)節(jié)中等流量調(diào)節(jié)和等揚(yáng)程調(diào)節(jié)的原理。通過(guò)工程實(shí)例，證明變速調(diào)節(jié)節(jié)能效果好，有利于提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

離心泵變速調(diào)節(jié)流量

離心泵的形式多樣，憑借其體積小、性能廣泛、操作容易、成本費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。離心泵的過(guò)流部件包括吸入室、葉輪以及壓出室，這3個(gè)部分主導(dǎo)了離心泵液體流量的工作。通常情況下，由于生產(chǎn)任務(wù)或工藝要求的變化或離心泵的揚(yáng)程與管路的阻力降不匹配等，均會(huì)造成泵運(yùn)行不穩(wěn)定、無(wú)法運(yùn)行或無(wú)法滿足工藝要求，此時(shí)須對(duì)離心泵的性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，即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，改變?nèi)我粭l特性曲線都可達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。

離心泵常用的流量調(diào)節(jié)方式包括出口節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)。出口節(jié)流調(diào)節(jié)通過(guò)改變泵出口管道阻力降，即管網(wǎng)的特性曲線，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，方法比較簡(jiǎn)單，但由于閥門(mén)的節(jié)流作用，浪費(fèi)了較多能源。變速調(diào)節(jié)方式是通過(guò)改變離心泵本身的性能曲線來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)目的，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，泵始終處于高效率區(qū)，且泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)泵的軸功率減小，因此可獲得節(jié)能效果，是比較經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)節(jié)方式。

1　變速調(diào)節(jié)的原理及特性[1]

離心泵的流量和揚(yáng)程與泵的轉(zhuǎn)速存在如下關(guān)系：

Q/Q′=n/n′

(1)

H/H′=(n/n′)2

(2)

式中：Q——流量；

n——轉(zhuǎn)速；

H——揚(yáng)程。

從(1)式和(2)式可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，離心泵的流量與轉(zhuǎn)速成一次方的關(guān)系，離心泵揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速成二次方的關(guān)系，這2個(gè)關(guān)系式就是離心泵變速調(diào)節(jié)的基本原理。

保持泵的流量不變，降低揚(yáng)程，即所謂的等流量調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)原理如圖1所示。保持泵的揚(yáng)程不變，改變流量，即所謂的等揚(yáng)程調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)原理如圖2所示。

圖1　等流量調(diào)節(jié)原理

圖2　等揚(yáng)程調(diào)節(jié)原理

采用等流量或等揚(yáng)程調(diào)節(jié)時(shí)，原工作條件下的工況點(diǎn)M1將轉(zhuǎn)移至M2，泵的轉(zhuǎn)速由n1變化為n2，n2可由工況點(diǎn)M2來(lái)確定。

2　工程實(shí)例

某工程的脫碳泵運(yùn)行條件：正常工況下的流量和揚(yáng)程分別為71 m3/h和760 m，開(kāi)車(chē)試運(yùn)行時(shí)的流量和揚(yáng)程分別為55 m3/h和415.0 m。

由于該工程的開(kāi)車(chē)試運(yùn)行持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(1～2年)，同時(shí)為了滿足正常操作條件下負(fù)荷的波動(dòng)，提出采用變頻器調(diào)節(jié)脫碳泵流量的方案。根據(jù)變頻調(diào)速的原理，流量與揚(yáng)程的關(guān)系為(Q/Q′)2=H/H′，而該泵在試運(yùn)行和正常工況下之間的流量和揚(yáng)程并不滿足此關(guān)系，是否可以采用變頻調(diào)速方案，討論如下。

在轉(zhuǎn)速改變時(shí)，泵的性能曲線基本為上下平行移動(dòng)，因此，變頻調(diào)速方案一定能夠達(dá)到試運(yùn)行工況點(diǎn)。試運(yùn)行和正常工況下之間的參數(shù)不滿足變頻調(diào)速時(shí)流量與揚(yáng)程的關(guān)系式，其原因?yàn)楸檬桥c管網(wǎng)聯(lián)合工作的，泵的工作點(diǎn)由泵的性能曲線和管網(wǎng)阻力曲線的交點(diǎn)來(lái)確定，工況變化時(shí)，管網(wǎng)阻力曲線也發(fā)生了如圖3所示的變化。

圖3　不同工況下管網(wǎng)阻力曲線

在試運(yùn)行期間，裝置的生產(chǎn)能力未達(dá)到設(shè)計(jì)工況，此時(shí)泵進(jìn)出口容器的壓差Hr′小于正常運(yùn)行時(shí)的壓差Hr，故管網(wǎng)阻力曲線從1變?yōu)?。經(jīng)計(jì)算，阻力曲線2必定經(jīng)過(guò)試運(yùn)行期間的工況點(diǎn)M2。通過(guò)M2作曲線平行于原泵性能曲線，即可得到泵經(jīng)變頻調(diào)速后試運(yùn)行期間的性能曲線。

試運(yùn)行期間泵轉(zhuǎn)速可按如下方法大致確定：從原泵的性能曲線上查出在工況點(diǎn)M2流量下的揚(yáng)程H1和在該轉(zhuǎn)速下的關(guān)閉揚(yáng)程Hs1，根據(jù)泵的性能曲線為平行移動(dòng)，故Hs2=Hs1-(H1-415.0)，同時(shí)在泵的關(guān)閉揚(yáng)程點(diǎn)滿足式(2)，則Hs2/Hs1=(n2/n1)2，從而得到滿足工況點(diǎn)M2的轉(zhuǎn)速。

該工程中泵的實(shí)際參數(shù)：正常工況下，泵的轉(zhuǎn)速為2 950 r/min，從性能曲線上可查得其關(guān)閉揚(yáng)程為828.5 m；在轉(zhuǎn)速2 950 r/min、流量55 m3/h時(shí)，泵的揚(yáng)程為786.0 m，根據(jù)上述分析可計(jì)算出試運(yùn)行期間泵的轉(zhuǎn)速為2 192 r/min。制造商給出的試運(yùn)行工況點(diǎn)泵的轉(zhuǎn)速為2 190 r/min，因此，此估算方法的精度可以滿足要求。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)離心泵的流量與揚(yáng)程的關(guān)系圖，可以直觀反映出不同調(diào)節(jié)方式下的能耗關(guān)系。通過(guò)變速調(diào)節(jié)減小泵的流量，不僅節(jié)能效果好，而且還

有利于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。離心泵流量減少越多，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效率也越大，但泵變速過(guò)大時(shí)又會(huì)造成泵功率降低，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)從多方面考慮，在兩者之間尋求最佳的流量調(diào)節(jié)方法。

Variable Speed Regulation of Centrifugal Pump

XU Wanxing

(International College of Zhengzhou UniversityHenan Zhengzhou450000)

An introduction is made of the principle of equal mass flow regulation and equal head regulation of variable speed regulation of centrifugal pump. Through engineering example, it is proved that variable speed regulation has good energy-saving effect, and is beneficial for enterprise to improving economic efficiency.

centrifugal pumpvariable speed regulationrate of flow

TH311

A

1006- 7779(2016)04- 0080- 02

[1]劉厚林，談明高.離心泵現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

2016- 06- 21)