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行業動態

離心泵常用調節方式的分析

添加時間:2021-08-19 16:35:16   瀏覽次數:1440  

離(li)心(xin)泵(beng)在水(shui)(shui)利、化工(gong)(gong)等行(xing)業應用(yong)十分(fen)廣泛,對其工(gong)(gong)況點(dian)的(de)選(xuan)擇(ze)和(he)能(neng)(neng)耗的(de)分(fen)析也日益(yi)受到(dao)重視。所謂工(gong)(gong)況點(dian),是(shi)指(zhi)水(shui)(shui)泵(beng)裝置(zhi)在某瞬時的(de)實(shi)際(ji)出(chu)水(shui)(shui)量(liang)(liang)、揚(yang)程、軸功率、效率以及吸上真空高(gao)度(du)等,它表示了水(shui)(shui)泵(beng)的(de)工(gong)(gong)作(zuo)能(neng)(neng)力。通(tong)常(chang)離(li)心(xin)泵(beng)的(de)流量(liang)(liang)、壓頭(tou)可能(neng)(neng)會與管路(lu)系統不(bu)一致,或由于生產任(ren)務、工(gong)(gong)藝要求發生變化,需要對泵(beng)的(de)流量(liang)(liang)進行(xing)調(diao)節(jie),其實(shi)質是(shi)改變離(li)心(xin)泵(beng)的(de)工(gong)(gong)況點(dian)。除(chu)了工(gong)(gong)程設計階段(duan)離(li)心(xin)泵(beng)選(xuan)型的(de)正確與否以外,離(li)心(xin)泵(beng)實(shi)際(ji)使用(yong)中工(gong)(gong)況點(dian)的(de)選(xuan)擇(ze)也將直接影響到(dao)用(yong)戶的(de)能(neng)(neng)耗和(he)成本費用(yong)。因此,如何合(he)理地改變離(li)心(xin)泵(beng)的(de)工(gong)(gong)況點(dian)就(jiu)顯得尤為重要。

離(li)(li)心泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)工作原理是把電動機高速(su)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)機械(xie)能(neng)轉(zhuan)(zhuan)化為被提升液體的(de)(de)(de)(de)(de)動能(neng)和勢能(neng),是一(yi)個能(neng)量傳(chuan)遞和轉(zhuan)(zhuan)化的(de)(de)(de)(de)(de)過程。根據(ju)這一(yi)特(te)點(dian)可知,離(li)(li)心泵(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)工況點(dian)是建立在水(shui)泵(beng)和管道(dao)系統(tong)(tong)能(neng)量供求關系的(de)(de)(de)(de)(de)平衡上的(de)(de)(de)(de)(de),只(zhi)要兩(liang)者之一(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)情況發生變(bian)(bian)(bian)化,其(qi)工況點(dian)就會轉(zhuan)(zhuan)移。工況點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian)(bian)(bian)由(you)兩(liang)方面引起:一(yi).管道(dao)系統(tong)(tong)特(te)性曲線改(gai)變(bian)(bian)(bian),如(ru)閥門節流(liu);二.水(shui)泵(beng)本身的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)性曲線改(gai)變(bian)(bian)(bian),如(ru)變(bian)(bian)(bian)頻調速(su)、切削(xue)葉(xie)輪、水(shui)泵(beng)串聯或并聯。

下(xia)面就這幾種(zhong)方式進行分析(xi)和比較:

一、閥門節流

改變(bian)離(li)心(xin)泵(beng)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)簡(jian)單的方(fang)法就是調節(jie)泵(beng)出(chu)口(kou)閥(fa)門(men)(men)的開度,而水(shui)(shui)泵(beng)轉速保持不(bu)變(bian)(一般為額定(ding)轉速),其實質是改變(bian)管(guan)(guan)路特(te)(te)(te)性(xing)曲(qu)(qu)線的位(wei)置來(lai)改變(bian)泵(beng)的工(gong)況(kuang)點(dian)。如圖(tu)1所(suo)示,水(shui)(shui)泵(beng)特(te)(te)(te)性(xing)曲(qu)(qu)線Q-H與管(guan)(guan)路特(te)(te)(te)性(xing)曲(qu)(qu)線Q-∑h的交點(dian)A為閥(fa)門(men)(men)全(quan)開時(shi)(shi)(shi)水(shui)(shui)泵(beng)的極(ji)限(xian)(xian)工(gong)況(kuang)點(dian)。關(guan)(guan)小閥(fa)門(men)(men)時(shi)(shi)(shi),管(guan)(guan)道局部阻(zu)力增加(jia),水(shui)(shui)泵(beng)工(gong)況(kuang)點(dian)向左移(yi)B點(dian),相(xiang)應(ying)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)減少(shao)。閥(fa)門(men)(men)全(quan)關(guan)(guan)時(shi)(shi)(shi),相(xiang)當于阻(zu)力無限(xian)(xian)大(da),流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)為零,此時(shi)(shi)(shi)管(guan)(guan)路特(te)(te)(te)性(xing)曲(qu)(qu)線與縱坐標重合。從圖(tu)1可(ke)看出(chu),以(yi)關(guan)(guan)小閥(fa)門(men)(men)來(lai)控制流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)時(shi)(shi)(shi),水(shui)(shui)泵(beng)本身(shen)的供水(shui)(shui)能(neng)力不(bu)變(bian),揚程特(te)(te)(te)性(xing)不(bu)變(bian),管(guan)(guan)阻(zu)特(te)(te)(te)性(xing)將隨(sui)閥(fa)門(men)(men)開度的改變(bian)而改變(bian)。這種方(fang)法操作簡(jian)便、流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)連(lian)續,可(ke)以(yi)在某一大(da)流(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)(liang)與零之間(jian)隨(sui)意調節(jie),且無需額外投資,適用(yong)場合很廣。但節(jie)流(liu)(liu)調節(jie)是以(yi)消耗(hao)離(li)心(xin)泵(beng)的多余能(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)來(lai)維持一定(ding)的供給量(liang)(liang)(liang)(liang),離(li)心(xin)泵(beng)的效率(lv)也將隨(sui)之下降,經濟上不(bu)太合理(li)。

二、變頻調速

工(gong)況點(dian)(dian)偏(pian)離(li)區是水泵(beng)(beng)需(xu)要調(diao)(diao)速的基本條件。當水泵(beng)(beng)的轉速改(gai)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)時(shi),閥(fa)(fa)門(men)開度(du)保持(chi)不(bu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(通常為大(da)開度(du)),管路系統特(te)性(xing)不(bu)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian),而供水能(neng)(neng)力和揚(yang)程(cheng)(cheng)特(te)性(xing)隨(sui)之改(gai)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)。如圖2所(suo)示,A為水泵(beng)(beng)平衡(heng)工(gong)況點(dian)(dian)(也(ye)稱工(gong)作點(dian)(dian)),對應效(xiao)率ηa。欲減小流(liu)量,可(ke)將轉速降(jiang)低(di),此時(shi)工(gong)況點(dian)(dian)為B,對應效(xiao)率ηb,水泵(beng)(beng)仍處于區內。如果采用(yong)閥(fa)(fa)門(men)節流(liu)的方法來調(diao)(diao)節,則工(gong)況點(dian)(dian)為C,對應效(xiao)率為ηc,泵(beng)(beng)的效(xiao)率下降(jiang)。由此可(ke)見,在所(suo)需(xu)流(liu)量小于額定(ding)流(liu)量的情況下,變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)調(diao)(diao)速時(shi)的揚(yang)程(cheng)(cheng)比(bi)閥(fa)(fa)門(men)節流(liu)小,所(suo)以變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)調(diao)(diao)速所(suo)需(xu)的供水功率也(ye)比(bi)閥(fa)(fa)門(men)節流(liu)小,圖2中(zhong)的陰影(ying)部分表示的就是變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)調(diao)(diao)速所(suo)節約的供水功率。很(hen)顯然,與閥(fa)(fa)門(men)節流(liu)相比(bi),變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)調(diao)(diao)速的節能(neng)(neng)效(xiao)果很(hen)突出,離(li)心(xin)(xin)泵(beng)(beng)的工(gong)作效(xiao)率更(geng)高。另外,采用(yong)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)頻(pin)(pin)調(diao)(diao)速后,不(bu)僅有利于降(jiang)低(di)離(li)心(xin)(xin)泵(beng)(beng)發生汽蝕的可(ke)能(neng)(neng)性(xing),而且還可(ke)以通過(guo)對升(sheng)速/降(jiang)速時(shi)間的預置來延長開機(ji)(ji)/停(ting)機(ji)(ji)過(guo)程(cheng)(cheng),使動(dong)態轉矩大(da)為減小,從(cong)而在很(hen)大(da)程(cheng)(cheng)度(du)上(shang)消除了破壞(huai)性(xing)的水錘效(xiao)應,大(da)大(da)延長了水泵(beng)(beng)和管道系統的壽命(ming)。

事實上,變頻調速也有局限性,除了投資較大、維(wei)護成(cheng)本較高(gao)外(wai),當(dang)水泵(beng)變速過大時(shi)會造成(cheng)效率下(xia)降,超出泵(beng)比(bi)例(li)定(ding)律范(fan)圍,不可(ke)能無限制(zhi)調速。

三、切削葉輪

當轉速(su)一定時(shi),泵(beng)的(de)(de)壓頭(tou)、流量均和葉(xie)輪直(zhi)徑有關(guan)。對同一型號的(de)(de)泵(beng),可采(cai)用(yong)切削法改(gai)變泵(beng)的(de)(de)特性曲線(xian)。設離(li)心泵(beng)原(yuan)葉(xie)輪直(zhi)徑為(wei)D、流量為(wei)Q、揚程為(wei)H、功率為(wei)P,切削后的(de)(de)葉(xie)輪直(zhi)徑為(wei)D′、流量為(wei)Q′、揚程為(wei)H′、功率為(wei)P′,則(ze)其相互關(guan)系為(wei):

上述三(san)式統稱為(wei)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削(xue)定律。切(qie)(qie)(qie)削(xue)定律是(shi)建立在(zai)大(da)量感性(xing)試驗(yan)資料基礎上的(de)(de)(de)(de),它認為(wei)如(ru)果葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)切(qie)(qie)(qie)削(xue)量控制在(zai)一定限度內(此切(qie)(qie)(qie)削(xue)限量與(yu)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)比轉(zhuan)數有(you)關),則切(qie)(qie)(qie)削(xue)前(qian)后水(shui)(shui)(shui)泵(beng)相應的(de)(de)(de)(de)效率可視(shi)為(wei)不變。切(qie)(qie)(qie)削(xue)葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)是(shi)改變水(shui)(shui)(shui)泵(beng)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)一種簡便易行的(de)(de)(de)(de)辦法,即所(suo)謂變徑調節,它在(zai)一定程度上解決了水(shui)(shui)(shui)泵(beng)類(lei)型(xing)、規(gui)格(ge)的(de)(de)(de)(de)有(you)限性(xing)與(yu)供水(shui)(shui)(shui)對象要求的(de)(de)(de)(de)多(duo)樣性(xing)之間的(de)(de)(de)(de)矛盾,擴大(da)了水(shui)(shui)(shui)泵(beng)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)范圍。當然(ran),切(qie)(qie)(qie)削(xue)葉(xie)(xie)輪(lun)(lun)屬不可逆過(guo)程,用(yong)戶必須經(jing)過(guo)精確計算并衡量經(jing)濟合(he)理性(xing)后方可實施。

四、水泵串聯和并聯

水(shui)泵(beng)(beng)(beng)串聯是指一臺泵(beng)(beng)(beng)的(de)出口(kou)(kou)(kou)向(xiang)另(ling)一臺泵(beng)(beng)(beng)的(de)入口(kou)(kou)(kou)輸送流(liu)體。以簡單(dan)的(de)兩臺相同型號、相同性(xing)能的(de)離心泵(beng)(beng)(beng)串聯為例:如(ru)圖(tu)3所示,串聯性(xing)能曲線(xian)相當于(yu)單(dan)泵(beng)(beng)(beng)性(xing)能曲線(xian)的(de)揚程(cheng)在流(liu)量相同的(de)情況下(xia)迭加(jia)(jia)起來,串聯工(gong)作點(dian)A的(de)流(liu)量和揚程(cheng)都(dou)比(bi)單(dan)泵(beng)(beng)(beng)工(gong)作點(dian)B的(de)大,但均達不到單(dan)泵(beng)(beng)(beng)時(shi)的(de)2倍,這是因為泵(beng)(beng)(beng)串聯后一方面揚程(cheng)的(de)增(zeng)加(jia)(jia)大于(yu)管路阻力的(de)增(zeng)加(jia)(jia),致(zhi)使富(fu)余的(de)揚程(cheng)促(cu)使流(liu)量增(zeng)加(jia)(jia),另(ling)一方面流(liu)量的(de)增(zeng)加(jia)(jia)又使阻力增(zeng)加(jia)(jia),抑制了總揚程(cheng)的(de)升(sheng)高。水(shui)泵(beng)(beng)(beng)串聯運行時(shi),必須(xu)注意(yi)后一臺泵(beng)(beng)(beng)是否(fou)能夠承受升(sheng)壓。啟動前每臺泵(beng)(beng)(beng)的(de)出口(kou)(kou)(kou)閥都(dou)要(yao)關閉,然后順序開啟泵(beng)(beng)(beng)和閥門向(xiang)外供水(shui)。

水泵并聯(lian)(lian)是指兩臺(tai)或兩臺(tai)以(yi)上(shang)的泵向同一壓力管路輸送流體,其目的是在(zai)壓頭相(xiang)同時(shi)增(zeng)加(jia)流量(liang)(liang)。仍然以(yi)簡單的兩臺(tai)相(xiang)同型(xing)號、相(xiang)同性能(neng)的離心泵并聯(lian)(lian)為例(li):如(ru)圖4所示,并聯(lian)(lian)性能(neng)曲(qu)線相(xiang)當于單泵性能(neng)曲(qu)線的流量(liang)(liang)在(zai)揚(yang)程(cheng)相(xiang)等的情況下迭加(jia)起來,并聯(lian)(lian)工(gong)作點(dian)(dian)A的流量(liang)(liang)和揚(yang)程(cheng)均比單泵工(gong)作點(dian)(dian)B的大,但考慮(lv)管阻(zu)因素,同樣(yang)達不到單泵時(shi)的2倍。

如果純粹以(yi)增加(jia)流量(liang)為目(mu)的(de)(de)(de),那么究竟采用(yong)并聯(lian)(lian)(lian)還是串聯(lian)(lian)(lian)應當取決于(yu)管(guan)路特性曲(qu)線的(de)(de)(de)平(ping)坦程(cheng)度(du),管(guan)路特性曲(qu)線越(yue)平(ping)坦,并聯(lian)(lian)(lian)后(hou)的(de)(de)(de)流量(liang)就越(yue)接(jie)近(jin)于(yu)單泵運(yun)行時的(de)(de)(de)2倍,從(cong)而比串聯(lian)(lian)(lian)時的(de)(de)(de)流量(liang)更(geng)大,更(geng)有利于(yu)運(yun)作。

五、結論

閥(fa)門節(jie)(jie)流雖然會造(zao)成能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)損失和浪費(fei),但在(zai)一(yi)些簡單場合仍不(bu)失為一(yi)種快速易行的(de)(de)(de)流量(liang)調(diao)節(jie)(jie)方(fang)(fang)式;變頻調(diao)速因其節(jie)(jie)能(neng)效果好、自動化程度高(gao)而(er)越來越受(shou)到用戶的(de)(de)(de)青(qing)睞;切削葉輪一(yi)般多(duo)用于(yu)清水(shui)泵(beng),由于(yu)改變了泵(beng)的(de)(de)(de)結構,通用性較差;水(shui)泵(beng)串聯(lian)和并(bing)聯(lian)只適用于(yu)單臺泵(beng)不(bu)能(neng)滿足輸送任務的(de)(de)(de)情況(kuang),而(er)且串聯(lian)或(huo)并(bing)聯(lian)的(de)(de)(de)臺數(shu)過多(duo)反而(er)不(bu)經(jing)濟。在(zai)實際應用時應從(cong)多(duo)方(fang)(fang)面考慮,在(zai)各種流量(liang)調(diao)節(jie)(jie)方(fang)(fang)法之(zhi)中綜合出佳方(fang)(fang)案(an),確保離心泵(beng)的(de)(de)(de)運行。

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