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          離心泵常用調(diào)節(jié)方式的分析|資料

          離心泵在水利、化工等行業(yè)應(yīng)用十分 ,對其工況點(diǎn)的選擇和能耗的分析也日益受到重視。所謂工況點(diǎn),是指水泵裝置在某瞬時的實(shí)際出水量、揚(yáng)程、軸功率、效率以及吸上真空高度等,它表示了水泵的工作能力。通常,離心泵的流量、壓頭可能會與管路系統(tǒng)不一致,或由于生產(chǎn)任務(wù)、工藝要求發(fā)生變化,需要對泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié),其實(shí)質(zhì)是改變離心泵的工況點(diǎn)。除了工程設(shè)計階段離心泵選型的正確與否以外,離心泵實(shí)際使用中工況點(diǎn)的選擇也將直接影響到用戶的能耗和成本費(fèi)用。因此,如何合理地改變離心泵的工況點(diǎn)就顯得尤為重要。

          離心泵的工作原理是把電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被提升液體的動能和勢能,是一個能量傳遞和轉(zhuǎn)化的過程。根據(jù)這一特點(diǎn)可知,離心泵的工況點(diǎn)是建立在水泵和管道系統(tǒng)能量供求關(guān)系的平衡上的,只要兩者之一的情況發(fā)生變化,其工況點(diǎn)就會轉(zhuǎn)移。工況點(diǎn)的改變由兩方面引起:一.管道系統(tǒng)特性曲線改變,如閥門節(jié)流;二.水泵本身的特性曲線改變,如變頻調(diào)速、切削葉輪、水泵串聯(lián)或并聯(lián)。

          下面就這幾種方式進(jìn)行分析和比較:

          一、閥門節(jié)流

          改變離心泵流量最簡單的方法就是調(diào)節(jié)泵出口閥門的開度,而水泵轉(zhuǎn)速保持不變(一般為額定轉(zhuǎn)速),其實(shí)質(zhì)是改變管路特性曲線的位置來改變泵的工況點(diǎn)。如圖1所示,水泵特性曲線Q-H與管路特性曲線Q-∑h的交點(diǎn)A為閥門全開時水泵的極限工況點(diǎn)。關(guān)小閥門時,管道局部阻力增加,水泵工況點(diǎn)向左移至B點(diǎn),相應(yīng)流量減少。閥門全關(guān)時,相當(dāng)于阻力無限大,流量為零,此時管路特性曲線與縱坐標(biāo)重合。從圖1可看出,以關(guān)小閥門來控制流量時,水泵本身的供水能力不變,揚(yáng)程特性不變,管阻特性將隨閥門開度的改變而改變。這種方法操作簡便、流量連續(xù),可以在某一最大流量與零之間隨意調(diào)節(jié),且無需額外投資,適用場合很廣。但節(jié)流調(diào)節(jié)是以消耗離心泵的多余能量(圖中陰影部分)來維持一定的供給量,離心泵的效率也將隨之下降,經(jīng)濟(jì)上不太合理。

          二、變頻調(diào)速

          工況點(diǎn)偏離高效區(qū)是水泵需要調(diào)速的基本條件。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時,閥門開度保持不變(通常為最大開度),管路系統(tǒng)特性不變,而供水能力和揚(yáng)程特性隨之改變。如圖2所示,A為水泵平衡工況點(diǎn)(也稱工作點(diǎn)),對應(yīng)效率ηa。欲減小流量,可將轉(zhuǎn)速降低,此時工況點(diǎn)為B,對應(yīng)效率ηb,水泵仍處于高效區(qū)內(nèi)。如果采用閥門節(jié)流的方法來調(diào)節(jié),則工況點(diǎn)為C,對應(yīng)效率為ηc,泵的效率下降。由此可見,在所需流量小于額定流量的情況下,變頻調(diào)速時的揚(yáng)程比閥門節(jié)流小,所以變頻調(diào)速所需的供水功率也比閥門節(jié)流小,圖2中的陰影部分表示的就是變頻調(diào)速所節(jié)約的供水功率。很顯然,與閥門節(jié)流相比,變頻調(diào)速的節(jié)能效果很突出,離心泵的工作效率更高。另外,采用變頻調(diào)速后,不僅有利于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性,而且還可以通過對升速/降速時間的預(yù)置來延長開機(jī)/停機(jī)過程,使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小,從而在很大程度上消除了極具破壞性的水錘效應(yīng),大大延長了水泵和管道系統(tǒng)的壽命。

          事實(shí)上,變頻調(diào)速也有局限性,除了投資較大、維護(hù)成本較高外,當(dāng)水泵變速過大時會造成效率下降,超出泵比例定律范圍,不可能無限制調(diào)速。

          三、切削葉輪

          當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時,泵的壓頭、流量均和葉輪直徑有關(guān)。對同一型號的泵,可采用切削法改變泵的特性曲線。設(shè)離心泵原葉輪直徑為D、流量為Q、揚(yáng)程為H、功率為P,切削后的葉輪直徑為D′、流量為Q′、揚(yáng)程為H′、功率為P′,則其相互關(guān)系為:

          上述三式統(tǒng)稱為泵的切削定律。切削定律是建立在大量感性試驗資料基礎(chǔ)上的,它認(rèn)為如果葉輪的切削量控制在一定限度內(nèi)(此切削限量與水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)),則切削前后水泵相應(yīng)的效率可視為不變。切削葉輪是改變水泵性能的一種簡便易行的辦法,即所謂變徑調(diào)節(jié),它在一定程度上解決了水泵類型、規(guī)格的有限性與供水對象要求的多樣性之間的矛盾,擴(kuò)大了水泵的使用范圍。當(dāng)然,切削葉輪屬不可逆過程,用戶必須經(jīng)過精確計算并衡量經(jīng)濟(jì)合理性后方可實(shí)施。

          四、水泵串聯(lián)和并聯(lián)

          水泵串聯(lián)是指一臺泵的出口向另一臺泵的入口輸送流體。以最簡單的兩臺相同型號、相同性能的離心泵串聯(lián)為例:如圖3所示,串聯(lián)性能曲線相當(dāng)于單泵性能曲線的揚(yáng)程在流量相同的情況下迭加起來,串聯(lián)工作點(diǎn)A的流量和揚(yáng)程都比單泵工作點(diǎn)B的大,但均達(dá)不到單泵時的2倍,這是因為泵串聯(lián)后一方面揚(yáng)程的增加大于管路阻力的增加,致使富余的揚(yáng)程促使流量增加,另一方面流量的增加又使阻力增加,抑制了總揚(yáng)程的升高。水泵串聯(lián)運(yùn)行時,必須注意后一臺泵是否能夠承受升壓。啟動前每臺泵的出口閥都要關(guān)閉,然后順序開啟泵和閥門向外供水。

          水泵并聯(lián)是指兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管路輸送流體,其目的是在壓頭相同時增加流量。仍然以最簡單的兩臺相同型號、相同性能的離心泵并聯(lián)為例:如圖4所示,并聯(lián)性能曲線相當(dāng)于單泵性能曲線的流量在揚(yáng)程相等的情況下迭加起來,并聯(lián)工作點(diǎn)A的流量和揚(yáng)程均比單泵工作點(diǎn)B的大,但考慮管阻因素,同樣達(dá)不到單泵時的2倍。

          如果純粹以增加流量為目的,那么究竟采用并聯(lián)還是串聯(lián)應(yīng)當(dāng)取決于管路特性曲線的平坦程度,管路特性曲線越平坦,并聯(lián)后的流量就越接近于單泵運(yùn)行時的2倍,從而比串聯(lián)時的流量更大,更有利于運(yùn)作。

          五、結(jié)論

          閥門節(jié)流雖然會造成能量的損失和浪費(fèi),但在一些簡單場合仍不失為一種快速易行的流量調(diào)節(jié)方式;變頻調(diào)速因其節(jié)能效果好、自動化程度高而越來越受到用戶的青睞;切削葉輪一般多用于清水泵,由于改變了泵的結(jié)構(gòu),通用性較差;水泵串聯(lián)和并聯(lián)只適用于單臺泵不能滿足輸送任務(wù)的情況,而且串聯(lián)或并聯(lián)的臺數(shù)過多反而不經(jīng)濟(jì)。在實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)從多方面考慮,在各種流量調(diào)節(jié)方法之中綜合出 方案,確保離心泵的高效運(yùn)行。

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