崔泗波

(浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江寧波 315722)

離心泵并聯(lián)運行實驗研究及經(jīng)濟性分析

崔泗波

(浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江寧波 315722)

本文通過分析泵的并聯(lián)運行現(xiàn)狀及其調(diào)節(jié)方式,進行了離心泵性能實驗和離心泵并聯(lián)及工況調(diào)節(jié)實驗,研究了分析離心泵并聯(lián)運行的特點。通過建立離心泵性能曲線及其管路特性曲線,確定了離心泵并聯(lián)運行時各種性能曲線的關(guān)系及不同調(diào)節(jié)方式下的運行工況點。實驗研究表明,在75%負荷時非共用管路調(diào)節(jié)比共用管路調(diào)節(jié)耗功量相對減少3%;而在50%負荷時通過單泵運行更加經(jīng)濟;另外,方案二的研究表明,在85%負荷以上時,通過共用管路調(diào)節(jié)流量更為經(jīng)濟。

離心泵 并聯(lián)運行 管路調(diào)節(jié) 經(jīng)濟性分析

1 離心泵的性能實驗

水泵設(shè)計參數(shù)：流量20m3/h，揚程30.8m，轉(zhuǎn)速2900 r/min，許吸上真空高度7.2m，軸功率2.6Kw。

電動機參數(shù)：功率4.0kW，聯(lián)軸器傳動機械效率tm=98%；其中：h0+h2-h1=0.385m。對于1#實驗臺，H0=0.151m；2#實驗臺，H0=0.159m，離心式水泵的葉輪直徑為162mm，進、出口管路內(nèi)徑均為50mm。除手持式轉(zhuǎn)速表與三角堰水位參數(shù)外，所有參數(shù)均已送入計算機。待測參數(shù)如下：

實驗待測參數(shù)：水泵轉(zhuǎn)矩M，水泵入口壓強p1′，水泵出口壓強p′2，渦輪流量計流量q，三角堰水位H。

實驗原理：通過改變離心泵出口節(jié)流閥開度的方法來調(diào)節(jié)水泵流量，使水泵運行于不同的工況點。相對于共用管路，并聯(lián)運行時各泵所產(chǎn)生的揚程均相等，總流量為并聯(lián)各泵的流量之和。與一臺泵單獨運行時相比，并聯(lián)運行時的總揚程和總流量均有所增加。實驗步驟：為了能準(zhǔn)確地繪制出離心式水泵的性能曲線，應(yīng)測出若干個工況點，每兩個工況點之間流量差值盡量保持一致；每調(diào)節(jié)一次閥門，同時記錄有關(guān)儀器、儀表的讀數(shù)，并將實驗數(shù)據(jù)記錄在中；各工況點測完后，即出口節(jié)流閥“完全關(guān)閉”后，停止水泵運轉(zhuǎn)。

2 實驗數(shù)據(jù)處理

繪制未進行調(diào)節(jié)時的并聯(lián)泵的性能曲線根據(jù)原始數(shù)據(jù)記錄表中的數(shù)據(jù)，由揚程計算公式可以計算出各個工況點下的揚程，將揚程的計算結(jié)果換算成額定轉(zhuǎn)速n0=2900r/min下的性能參數(shù)，由此，可以根據(jù)表中的流量-揚程的關(guān)系繪制出泵Ⅰ與Ⅱ的流量-揚程曲線圖。代入數(shù)據(jù)，可求得φ1值，然后將各個工況點的流量，可求出泵Ⅰ在不同流量時的阻力hw1，將泵Ⅰ在不同流量下的揚程值減除對應(yīng)的阻力值，就可作出泵Ⅰ在包含非共用段下的揚程流量曲線。

同理可畫出泵Ⅱ在包含非共用段下的揚程流量曲線。在泵的并聯(lián)情況下，揚程不變，流量相加，我們做出泵的并聯(lián)曲線圖。已知，在兩臺泵并聯(lián)運行時，閥門全開未進行調(diào)節(jié)時，同樣由公式計算出在全負荷運行下?lián)P程，qv，max由計算得出為40.83m3/h。這樣我們可以計算出在滿負荷流量下的φ值0.009。計算取不同的流量值，代入即計算出不同流量對應(yīng)的Hc值，從而可作出此負荷下的管路特性曲線。這樣可以找到泵100%流量時的工作點。

(1)共用管路調(diào)節(jié)。對于共用管路調(diào)節(jié)在75%負荷時，此時流量為30.6m3/h。由計算得出泵Ⅰ和泵Ⅱ流量分別為14.689m3/h和15.85m3/h。在進行共用管路調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)的總出口閥門的流量，在非共用段的管路沿程阻力幾乎不變，所以認(rèn)為在進行共用管路調(diào)節(jié)時，非共用段的管路沿程阻力不發(fā)生變化，變的是并聯(lián)泵的管路特性曲線。畫出兩臺泵并聯(lián)時的并聯(lián)曲線。其次根據(jù)在為進行調(diào)節(jié)的曲線圖上找出離心泵并聯(lián)曲線上75%總流量時的工況點，根據(jù)Hc=Hst+，計算出在75%流量下的值0.03166。然后取幾個流量點，計算出對應(yīng)的Hc，由此可以做出管路特性曲線。對于共用管路調(diào)節(jié)50%負荷時，此時流量為20.57m3/h，在進行共用管路調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)的總出口閥門的流量，在非共用段的管路沿程阻力幾乎不變，所以認(rèn)為在進行共用管路調(diào)節(jié)時，非共用段的管路沿程阻力不發(fā)生變化，變的是并聯(lián)泵的管路特性曲線。首先可以畫出兩臺泵并聯(lián)時的并聯(lián)曲線。其次根據(jù)在為進行調(diào)節(jié)的曲線圖上找出離心泵并聯(lián)曲線上50%總流量時的工況點，根據(jù)Hc=Hst+，計算出在50%流量下的φ值為0.0635。然后取幾個流量點，計算出對應(yīng)的Hc，由此可以做出管路特性曲線。

(2)非共用管路調(diào)節(jié)。對于非共用管路調(diào)節(jié)75%負荷時，此次實驗，我們僅調(diào)節(jié)泵Ⅰ的出口閥門，使總流量為全負荷運行時的75%。此時，泵Ⅱ和全負荷運行時相同，而泵Ⅰ及其所在的管路發(fā)生了變化，但并聯(lián)運行的泵的揚程曲線幾乎不變。首先可以做出兩臺泵的原始性能曲線和泵Ⅱ包含非共用段阻力時候的泵的性能曲線及其管路特性曲線。而對于泵Ⅰ，由數(shù)據(jù)計算出此時流量為13.24m3/h，阻力hw為18.89m。由hw1=計算出此時φ為0.1077。然后將各個工況點的流量代入式hw1=，可求出泵Ⅰ在不同流量時的阻力hw1，將泵Ⅰ在不同流量下的揚程值減除對應(yīng)的阻力值，就可作出泵Ⅰ在包含非共用段下的揚程流量曲線。對于非共用管路調(diào)節(jié)50%負荷時，此次實驗，我們完全關(guān)閉泵Ⅰ的出口閥門，這樣總流量即為為全負荷運行時的50%。此時，泵Ⅱ和全負荷運行時相同，我們可以畫出兩泵的原始性能曲線，和泵Ⅱ包含非共用段阻力時的性能曲線。而管路特性曲線則變?yōu)楸芒虻墓苈诽匦郧€。由此，可以繪制出在不同負荷，不同調(diào)節(jié)方式下的泵的性能曲線和管路特性曲線。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果處理分析

方案一：計算出泵Ⅰ和Ⅱ在不同流量下的效率和軸功率，計算出數(shù)據(jù)，根據(jù)對應(yīng)的流量和效率、軸功率之間的關(guān)系，繪制出η-qv、Pe-qv曲線圖。

(1)對于共用路調(diào)節(jié)時：75%負荷：泵Ⅰ：從圖上讀出流量14.8m3/h、揚程31.5m、效率值64%，此次實驗用的流體為水，密度為103kg/m3，計算得出泵Ⅰ耗功為1.9829kW；泵Ⅱ：從圖表上讀出流量16m3/h、揚程30.5m、效率值62%，代入可求出泵Ⅱ耗功為2.1426kW，總功耗4.1255kW，從而可求出75%流量時共用管路調(diào)節(jié)兩泵耗功的總量為4.1255kW。

(2)對于非共用管路調(diào)節(jié)時：75%負荷，計算如下：泵Ⅰ：從圖表上讀出流量8m3/h、揚程32m、效率值47%，代入可求出泵Ⅰ耗功為1.4827kW；泵Ⅱ：從圖表上讀出流量22.5m3/h、揚程25.5m、效率值62%，代入可求出泵2耗功為2.5191kW；總功耗4.0018kW。從而可求出75%流量時非共用管路調(diào)節(jié)兩泵耗功的總量為4.0018kW。

(3)對于共用管路調(diào)節(jié)時：50%流量，計算如下：泵Ⅰ：從圖表上讀出流量8.5m3/h、揚程32.5m、效率值48%，代入公式，可求出泵Ⅰ耗功為1.5667kW；泵Ⅱ：從圖表上讀出流量11.2m3/h、揚程32m、效率值53%，代入公式可求出泵2耗功為1.8408kW；將兩泵耗功相加從而可求出50%流量時，總功耗3.4075kW。(4)對于非共用管路調(diào)節(jié)時，50%流量計算如下：泵Ⅰ：由于單開泵Ⅱ，泵Ⅰ流量為0，耗功為0。泵Ⅱ：從圖表上讀出流量20.3m3/h、揚程18m、效率值63%，代入公式可求出泵Ⅱ耗功為1.5788kW。

(5)耗功量比較：在75%負荷時，通過共用管路調(diào)節(jié)時系統(tǒng)所消耗的能量為4.1255kW，而通過非共用管路調(diào)節(jié)時系統(tǒng)所消耗的能量為4.0018kW，此時，兩種調(diào)節(jié)方式的所消耗能量0.1237Kw，相對功耗3%，所以在75%負荷時，通過非共用管路調(diào)節(jié)消耗的軸功率比較少，此時通過非共用管路調(diào)節(jié)比較經(jīng)濟。在50%負荷時，通過共用管路調(diào)節(jié)時系統(tǒng)所需要的能量為3.4075kW，通過非共用管路調(diào)節(jié)時候，對于相同性能泵并聯(lián)運行時候，單臺泵已經(jīng)能完全滿足其需求，而無需啟用兩臺泵并聯(lián)運行，所以單臺泵運行比較經(jīng)濟。

方案二：從所做出的兩臺泵并聯(lián)運行時的實驗數(shù)據(jù)，可以計算出在不同流量下的軸功率，在對應(yīng)的流量下計算出泵Ⅰ和泵Ⅱ的折算后的軸功率之和，繪制出再共用管路調(diào)節(jié)和非共用管路調(diào)節(jié)下對應(yīng)的流量-軸功率曲線圖，由圖可以看出在75%負荷時，非共用管路調(diào)節(jié)時所消耗的軸功率為4.1kW而共用管路調(diào)節(jié)時所消耗的軸功率4.252kW，此時兩種調(diào)節(jié)方式所消耗能量的比較：絕對功耗0.152kW，相對功耗3.5%由以上比較可以得知，在75%負荷時，通過非共用管路調(diào)節(jié)消耗能量少，比較經(jīng)濟；而從圖上可以看出在85%負荷的時候，兩條曲線有個交點，此時，通過共用管路調(diào)節(jié)和非共用管路調(diào)節(jié)所消耗的軸功率相同；在大于85%負荷時，通過共用管路調(diào)節(jié)比通過非共用管路調(diào)節(jié)系統(tǒng)要消耗的能量少。由此可以得之，如果需要的負荷量大于85%負荷，通過公用管路調(diào)節(jié)比較經(jīng)濟，而當(dāng)需要的負荷量小于85%負荷而小于50%負荷時通過進行非共用管路調(diào)節(jié)比較經(jīng)濟，當(dāng)系統(tǒng)需要的負荷量小于50%負荷時，此時，一臺泵可以滿足需求量，無需啟用兩臺泵并聯(lián)運行。

4 兩臺泵并聯(lián)運行經(jīng)濟性分析

通過以上兩種方案的處理結(jié)果及其他們之間的比較可知，在75%負荷時，由方案一可以得知，非共用管路調(diào)節(jié)的耗功比共用管路的耗功量少3%，在這個流量點時，采用非共用調(diào)節(jié)比共用調(diào)節(jié)更加經(jīng)濟，在由方案二可以得知，非共用管路調(diào)節(jié)的耗功量比共用管路調(diào)節(jié)的耗功量少3.5%，同樣在這個流量點采用非共用調(diào)節(jié)比共用調(diào)節(jié)更加經(jīng)濟；在50%負荷時，由方案一分析，單臺泵已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)需求流量，而且比兩臺泵并聯(lián)運行時采用共用管路調(diào)節(jié)和非共用管路調(diào)節(jié)任何一種運行狀況耗功都要少，所以在50%負荷工況點采用單泵運行更經(jīng)濟，由方案二分析，此時單泵運行所消耗的軸功率同樣小于共用管路調(diào)節(jié)時所消耗的軸功率；因此可以得知，對于兩臺泵運行經(jīng)濟性分析采用上述兩種方案分析結(jié)果一致，此次處理方案是合理的。

另外，由方案二分析可以得知，對于兩臺離心泵的并聯(lián)運行，當(dāng)需求的負荷量在系統(tǒng)所能提供的負荷量85%以上時，通過共用管路調(diào)節(jié)比通過非共用管路調(diào)節(jié)系統(tǒng)所消耗的軸功率要少，也就是說，在這種情況下，我們可以采用共用管路調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)，此時最經(jīng)濟；而當(dāng)需求的負荷量在系統(tǒng)所能提供的負荷量85%以下，在系統(tǒng)所能提供的負荷量50%以上時，采用非共用管路調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)，此時消耗的軸功率較少，也就是說，在這種情況下，我們可以采用非共用管路調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)，此時最經(jīng)濟；當(dāng)需求的負荷量在系統(tǒng)所能提供的負荷量50%及其以下時，單臺泵運行足以提供所需求的負荷量，如果同時采用兩臺泵的并聯(lián)運行，其中一臺泵關(guān)閉，而另一臺泵運行，此時關(guān)閉的一臺泵雖然不提供流體，但是泵的運轉(zhuǎn)仍然需要能量來維持，此時不夠經(jīng)濟，因此，當(dāng)需求量在50%及其以下時，不需要進行泵的并聯(lián)運行來提供負荷，只需要單臺泵的運行比較經(jīng)濟，此時經(jīng)濟性最高。

5 結(jié)語

離心泵機組采用并聯(lián)形式時，并聯(lián)的數(shù)量不宜過多，最好選取兩臺即可，一般不應(yīng)超過四臺，否則不利于提高泵的效率；離心泵機組并聯(lián)使用時，可能只有一臺離心泵發(fā)揮作用，而其它的離心泵則不參加供液，白白消耗了能源。

在本文中，采用相同性能的兩臺泵并聯(lián)運行進行研究，采用了共用管路調(diào)節(jié)和非共用管路調(diào)節(jié)的兩種方式進行研究，通過兩種方案分析比較了并聯(lián)運行的泵在50%和75%負荷時的經(jīng)濟性。由以上方案結(jié)果分析得知，在75%負荷時，非共用管路調(diào)節(jié)比較經(jīng)濟；在50%負荷時，使用單泵調(diào)節(jié)即可滿足系統(tǒng)需求。綜上分析結(jié)果，對于兩臺離心泵的并聯(lián)運行，當(dāng)需求的負荷量在系統(tǒng)所能提供的負荷量85%以上時，我們可以采用共用管路調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)，此時最經(jīng)濟；當(dāng)需求的負荷量在系統(tǒng)所能提供的負荷量85%以下，50%以上時，我們可以采用非共用管路調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)，此時最經(jīng)濟；當(dāng)需求的負荷量在系統(tǒng)所能提供的負荷量50%及其以下時，只需要單臺泵的運行比較經(jīng)濟，此時經(jīng)濟性最高。

本課題通過計算比較了相同性能泵并聯(lián)運行時不同調(diào)節(jié)方式時及其所帶負荷變化時的經(jīng)濟性。本文的研究對大多數(shù)給水泵站及其供水系統(tǒng)的運行方式的經(jīng)濟性運行具有參考意義。

(編者注：原始實驗數(shù)據(jù)，圖紙及其計算過程予以保留，如若需要參考請向作者索取)

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