离心泵的调节方式和能耗分析

离心泵是广泛应用于化工工业系统的一种通用流体机械。它具有性能适应范围广（包括流量、压头及对输送介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等诸多优点。通常，所选离心泵的流量、压头可能会和管路中要求的不一致，或由于生产任务、工艺要求发生变化，此时都要求对泵进行流量调节，实质是改变离心泵的工作点。离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何一个的特性曲线都可以达到流量调节的目的。目前，离心泵的流量调节方式主要有调节阀控制、变速控制以及泵的并、串联调节等。由于各种调节方式的原理不同，除有自己的优缺点外，造成的能量损耗也不一样，为了寻求最佳、能耗最小、最节能的流量调节方式，必须全面地了解离心泵的流量调节方式与能耗之间的关系。
 
一、泵流量调节的主要方式
 
1、改变离心泵特性曲线
 
根据比例定律和切割定律，改变泵的转速、改变泵结构（如切削叶轮外径法等）两种方法都能改变离心泵的特性曲线，从而达到调节流量（同时改变压头）的目的。但是对于已经工作的泵，改变泵结构的方法不太方便，并且由于改变了泵的结构，降低了泵的通用性，尽管它在某些时候调节流量经济方便[1]，在生产中也很少采用。这里仅分析改变离心泵的转速调节流量的方法。从图1中分析，当改变泵转速调节流量从Q1下降到Q2时，泵的转速（或电机转速）从n1下降到n2，转速为n2下泵的特性曲线Q-H与管路特性曲线He=H0+G1Qe2（管路特曲线不变化）交于点A3(Q2，H3)，点A3为通过调速调节流量后新的工作点。此调节方法调节效果明显、快捷、安全可靠，可以延长泵使用寿命，节约电能，另外降低转速运行还能有效的降低离心泵的汽蚀余量NPSHr，使泵远离汽蚀区，减小离心泵发生汽蚀的可能性[2]。缺点是改变泵的转速需要有通过变频技术来改变原动机（通常是电动机）的转速，原理复杂，投资较大，且流量调节范围小。
 
2、泵的串、并连调节方式
 
当单台离心泵不能满足输送任务时，可以采用离心泵的并联或串联操作。用两台相同型号的离心泵并联，虽然压头变化不大，但加大了总的输送流量，并联泵的总效率与单台泵的效率相同；离心泵串联时总的压头增大，流量变化不大，串联泵的总效率与单台泵效率相同
 
二、离心泵的能耗分析
 
1、阀门调节流量时的功耗
 
离心泵运行时，电动机输入泵轴的功率N为：
 
 N＝vQH／η
 式中N——轴功率，w；
 
     Q——泵的有效压头，m；
 
     H——泵的实际流量，m3/s；
 
     v——流体比重，N/m3；
 
     η——泵的效率。
 
 当用阀门调节流量从Q1到Q2，在工作点A2消耗的轴功率为：
 
 NA2＝vQ2H2／η
 
   vQ2H3——实际有用功率，W；
 
 vQ2(H2－H3)——阀门上损耗得功率，W；
 
 vQ2H2(1／η－1)——离心泵损失的功率，W。
 
 
2、变速调节流量时的功耗
 
在进行变速分析时因要用到离心泵的比例定律，根据其应用条件，以下分析均指离心泵的变速范围在±20%内，且离心泵本身效率的变化不大[3]。用电动机变速调节流量到流量Q2时，在工作点A3泵消耗的轴功率为：
 
 NA3＝vQ2H3／η
 
 同样经变换可得：
 
 NA3＝vQ2H3＋vQ2H3(1／η－1)   （2）
 
 式中    vQ2H3——实际有用功率，W；
 
 vQ2H3(1／η－1)——离心泵损失的功率，W。