黃永謀， 荊永昌

（1.南丹縣南星冶金化工有限公司，廣西南丹547200；2.北京京橋熱電有限責任公司，北京100069）

離心泵在生產(chǎn)現(xiàn)場的應用非常廣泛。尤其在火電廠中的各類輔助設備中，泵類設備占了絕大部分，而自身的用電量蘊藏著巨大的節(jié)能潛力。本人根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗，介紹了離心泵的節(jié)能措施。

1 提高運行效率

水泵正常工作時的損失有容積損失、機械損失和水力損失等。如果要提高泵自身效率需要從容積效率、機械效率和水力效率這3個方面考慮。

1.1 提高水力效率，減小水力損失

影響泵效率最主要的因素是水力損失，在各部位的水力損失中，葉輪內(nèi)的水力損失最大，占全部水力損失的一半左右；其次是導葉轉(zhuǎn)彎處的水力損失，占全部水力損失的1／4左右，而剩下的1／4水力損失，主要集中在葉輪到導葉、導葉擴散部分、反導葉到葉輪入口等幾個部位。針對這些因素，提高水利效率的措施包括：① 盡量在額定工況下工作；②裝配葉輪出口中心與導葉進口中心要對正；③ 防止葉輪流道或殼體、導葉流道銹蝕；④ 輸送清潔介質(zhì)；⑤ 合理設計過流部件的幾何形狀。

1.2 提高容積效率，減小容積損失

離心泵的容積損失有密封環(huán)漏泄損失、平衡機構(gòu)漏泄損失和級間漏泄損失。始終會有一部分液體從葉輪出口向葉輪入口漏泄，漏泄液體的能量全部用到克服密封環(huán)阻力上了，這就是密封環(huán)漏泄損失。由于在平衡機構(gòu)兩側(cè)存在著壓力差，因而也有一部分液體從高壓區(qū)域向低壓區(qū)域漏泄。平衡孔的漏泄會使水泵的效率降低5%左右。在渦殼式多級泵中，級間隔板兩側(cè)壓力不等，因而也存在漏泄損失。只有降低這些損失，才能提高容積效率，達到節(jié)能效果?？刹捎玫拇胧┌ǎ孩?在進口處裝密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)）；② 密封環(huán)間隙要適當，磨損量超過標準后及時修補更新；③ 軸封處防止漏損過大；④ 平衡盤的軸向間隙過大后及時調(diào)整更換。

1.3 提高泵機械效率，降低泵機械損失

離心泵的機械損失有軸承、軸封摩擦損失和葉輪圓盤摩擦損失。當泵軸高速旋轉(zhuǎn)時，其與軸承、軸封發(fā)生摩擦產(chǎn)生的損失為軸封摩擦損失。葉輪圓盤摩擦損失是離心泵葉輪在充滿液體的泵殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這時葉輪蓋板外表面與液體發(fā)生相互摩擦，引起摩擦損失。針對這些損失，實際通常采用以下措施：① 減少軸承磨損，及時加注潤滑油、更換不合適的軸承、校正泵軸；② 減少軸封處摩擦損失，填料松緊適當，液封流道暢通，盡量采用機械密封；③ 減少葉輪蓋板、殼體內(nèi)壁的表面粗糙度；④ 葉輪圓盤摩擦損失功率與葉輪、殼體間的間隙大小有關；⑤輸送清潔介質(zhì)防止葉輪銹蝕，減少圓盤摩擦損失；⑥ 回收一部分葉輪圓盤損失，采用開式泵腔。

2 合理選型

泵的合理選型對節(jié)能來說也是非常重要的。如果選型不當，沒有余量，將不能滿足工藝要求；余量過大將造成運行效率降低，浪費能源。選型合理可以使泵運行工況點經(jīng)常保持在高效區(qū)?？梢赃x擇的內(nèi)容主要有泵的型式、臺數(shù)、規(guī)格、轉(zhuǎn)速以及與之配套的原動機功率。選泵原則：① 需要滿足生產(chǎn)實際需要的最大流量、最大揚程；② 正常運行工況點盡可能靠近設計工況點，效率最高；③ 優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、高轉(zhuǎn)速的泵；④ 設備的抗汽蝕性能要好，選用性能曲線沒有“駝峰”的泵，否則運行工況點應處于駝峰區(qū)的右邊，壓能應低于零流量下對應壓能[1]，方便同類設備投入并聯(lián)運行；⑤ 特殊泵應特殊選擇。

3 切割或加長葉輪

切割或加長葉輪是現(xiàn)場改造泵與風機最簡便的一種方法。要想使泵的流量、揚程、功率降低，可葉輪外徑切割；要想使流量、揚程、功率增加可接長葉輪外徑。但都應以效率不致降低太多為原則來進行現(xiàn)場實際改造。切割時要注意泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)ns＜60時，一般保留前后蓋板只切割葉片而。高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵，則將前后蓋板切成不同的直徑，這樣可以使流動更加平衡。

圖1為某泵在允許降低效率Δη范圍內(nèi)的切割，圖中Ⅰ為切割前泵的特性曲線，AB是降低效率Δη范圍內(nèi)的工作段。Ⅱ為切割后泵的特性曲線，CD為切割后降低效率Δη范圍內(nèi)的工作段，ABCD圍成的四邊形為泵的工作范圍。采用切割葉輪的方法，并在允許效率下降范圍內(nèi)，將該泵的應用范圍從AB段擴大到了整個ABCD工作區(qū)。

圖1 某泵的工作范圍

4 調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速

變頻調(diào)速的基本原理是三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)速與電機的輸入頻率成正比[2]；因此，對于一臺電機來說，通過改變它的運行頻率就可以改變它的轉(zhuǎn)速。凝泵電機接線方式如圖2所示。

對于離心式水泵來說，由流體力學可知，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚程H以及軸功率P的關系為：

圖2 凝泵電機接線

式中，Q1，Q2，Q3分別為水泵在n1，n2，n3轉(zhuǎn)速時的流量；H1，H2，H3分別為水泵在n1，n2，n3轉(zhuǎn)速時的揚程；P1，P2，P3分別為水泵在n1，n2，n3轉(zhuǎn)速時的軸功率。由式（1）～（3）可知，水泵的Q與n成正比，H與n2成正比，P與n3成正比；因此，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，適當降低流量，保證一定的揚程，如圖3所示，可獲得可觀的節(jié)能效果[3]。

圖3 變頻泵性能曲線

變頻調(diào)速原理如圖3所示。凝結(jié)水泵在轉(zhuǎn)速分別為n1，n2，n3時，性能曲線為一組近似平行的曲線。n2＞n1＞n3時，隨著轉(zhuǎn)速的降低，揚程下降。每條性能曲線與管路特性曲線的交點為該轉(zhuǎn)速下的實際工況點[4]。

5 優(yōu)化泵運行方式

5.1 給水泵

對于給水泵的運行，可以優(yōu)先運行效率較高的給水泵，盡量減少給水泵的啟停操作，可適當降低給水系統(tǒng)壓力，在保證系統(tǒng)運行安全的前提下，達到經(jīng)濟效益的提高。

5.2 循環(huán)水泵

可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定出機組運行時的最佳真空。調(diào)節(jié)循環(huán)水泵運行臺數(shù)，優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式來實現(xiàn)最佳經(jīng)濟調(diào)度方案。在不影響真空前提下盡可能地節(jié)約電能，降低廠用電率。比較提高真空所取得的經(jīng)濟效益與泵增加的耗功來進行運行方式的優(yōu)化。其他泵也可以參照這個思路進行運行方式優(yōu)化。

6 運行注意事項

6.1 制定合理的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍

對于已經(jīng)改為變頻的電機，盡可能使電機調(diào)速范圍在其額定轉(zhuǎn)速的70%～100%，最低也不能低于額定轉(zhuǎn)速的50%。因為當電機轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%～50%時，設備的效率會明顯下降。

6.2 進行系統(tǒng)的平衡

當其中某臺或某幾臺設備的轉(zhuǎn)速比其他設備的轉(zhuǎn)速低得過多時，由于管阻特性相同，可能會出現(xiàn)該設備工作不正常的情況[5]。這是因為根據(jù)流量要求，不同設備可能運行于不同的轉(zhuǎn)速，即不同的工作點。為了避免這種不良情況，在進行系統(tǒng)設計時，務必要考慮系統(tǒng)的平衡問題。特別是在負載變動較大時，不應把調(diào)節(jié)過多地集中在某一個或某幾個設備上，而要進行綜合平衡處理。

7 結(jié) 語

通過設備運行方式改變、泵體改造和電機變頻改造等方式達到預期的節(jié)能效果。離心泵節(jié)能的措施從設計配套、安裝維修，到運行調(diào)度、試驗分析和改造，每個環(huán)節(jié)都存在著許多節(jié)能潛力，需綜合全面考慮，才能達到最大的節(jié)能效果。

[1] 徐寶仁.變頻調(diào)速泵特性與節(jié)能的探討[J].農(nóng)業(yè)裝備技術，2008，34（3）：31－33.

[2] 孫宏雁.高壓變頻技術在生產(chǎn)用水系統(tǒng)中的應用[J].一重技術，2008（1）：72－73.

[3] 郭立君.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 楊乃喬.液力 調(diào)速 與節(jié)能 [J].節(jié)能與安 全，2008（6）：25－29.

[5] 關凡醒.現(xiàn)代泵技術手冊[M].北京：北京宇航出版社，1995.