浅析离心泵调节方式及功率

摘要：本文通过对管路曲线特性分析了离心泵流量的几种主要调节方式。由于各种调节方式的原理不同，其优缺点以及能耗也存在差异，为寻求最佳的调节方式，达到节能降耗的目的，须对离心泵调节方式与能耗之间的关系进行全面了解。

关键词：离心泵调节方式及功率分析

中图分类号： TH311 文献标识码： A 文章编号：

离心泵是广泛应用于工业系统的一种通用流体机械，它具有性能适用范围广（流量、扬程及输送介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等优点。离心泵的工作原理是把电动机高速旋转的机械能转化为被提升液体的动能和势能，是一个能量传递和转化的过程。通常，所选离心泵的流量、扬程可能会和管路中要求的不一致，或由于生产任务、工艺要求发生变化时，就要对泵的流量、扬程进行调节，实质就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。目前离心泵流量的调节方式主要通过以下两个方面改变工作点：一是管道系统特性曲线改变，如调节阀控制；二是水泵本身的特性曲线改变，如变速控制、叶轮切削、水泵串联或并联等几种方式。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。

泵流量调节的基本方式

改变管路特性曲线改变离心泵流量最简单的方法就是利用泵出口阀门的开度来控制，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。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。

（一）、转速调节法

工作点偏离高效区是水泵需要调速的基本条件。当水泵的转速改变时，阀门开度保持不变(通常为最大开度)，管路系统特性不变，而供水能力和扬程特性随之改变。改变水泵转速，使泵的特性曲线升高或降低，从而使泵特性与装置特性的交点位置发生改变，泵的流量也随之发生变化，达到流量调节的目的。

从图中可以分析，当改变泵转速调节流量，从Q1下降到Q3时，泵的转速从n1下降到n3，转速为n3下的泵的特性曲线与管路特性曲线H0交于A3点，点A3为通过转速调节流量后新的工作点。此方法调节效果明显快速安全可靠，无节流损失，不仅有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性，而且还可以通过对升速/降速时间的预置来延长开机/停机过程，使动态转矩大为减小，从而在很大程度上消除了极具破坏性的水锤效应，可以延长泵的使用寿命节约电能，缺点是泵的转速需要有变频设备来改变原动机转速，原理复杂，投资较大，流量调节范围较闸阀调节小。

（二）、改变叶轮外径（叶轮切削）

当转速一定时，泵的压头、流量均和叶轮直径有关。对同一型号的泵，可采用切削法改变泵的特性曲线。设离心泵原叶轮直径为D、流量为Q、扬程为H、功率为P，切削后的叶轮直径为D′、流量为Q′、扬程为H′、功率为P′，则其相互关系为：Q/ Q′=D/D′;H/ H′=(D/D′)2;P/P′=(D/D′)3。

上述三式统称为泵的切削定律。切削定律是建立在大量感性试验资料基础上的，它认为如果叶轮的切削量控制在一定限度内(此切削限量与水泵的比转数有关)，则切削前后水泵相应的效率可视为不变。切削叶轮是改变水泵性能的一种简便易行的办法，即所谓变径调节，它在一定程度上解决了水泵类型、规格的有限性与供水对象要求的多样性之间的矛盾，扩大了水泵的使用范围。当然，切削叶轮属不可逆过程，用户必须经过精确计算并衡量经济合理性后方可实施。

改变叶轮外径能使泵特性曲线下移，使水泵性能曲线发生变化，达到对水泵流量的调节。

叶轮切削主要适用于：1）由于选型不合理，使水泵扬程超过装置扬程较多，造成运行工况点不在工作区范围内，至使水泵效率较低。2）原动机功率过小与水泵不配套。叶轮切削的优点在于操作简便易行，切割量较小时，切割前后相应的工况点效率变化明显，可使机组在高效区工作。缺点在于适用范围小，只适用离心泵和混流泵，而且泵的比转速不同，切割量也不同。如切割量过大，会造成效率降低很多，切割量可参考下表：

（三）、水泵串联和并联

水泵串联是指一台泵的出口向另一台泵的入口输送流体。泵串联后一方面扬程的增加大于管路阻力的增加，致使富余的扬程促使流量增加，另一方面流量的增加又使阻力增加，抑制了总扬程的升高，如两台相同型号、相同性能的离心泵串联后，其工作点的流量和扬程均达不到单泵时的2倍。水泵串联运行时，必须注意后一台泵是否能够承受升压。启动前每台泵的出口阀都要关闭，然后顺序开启泵和阀门向外供水。

水泵并联是指两台或两台以上的泵向同一压力管路输送流体，其目的是在压头相同时增加流量。

如纯粹以增加流量为目的，那么究竟采用并联还是串联应当取决于管路特性曲线的平坦程度，管路特性曲线越平坦，并联后的流量就越接近于单泵运行时的2倍，从而比串联时的流量更大，更有利于运作。

二、改变装置特性（闸阀调节）

改变离心泵流量最简单的方法就是调节泵出口阀门的开度，而水泵转速保持不变(一般为额定转速)，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工况点。

装置扬程Hc可写成：

我们从水泵装置特性公式可以看出均为定值，故唯一可以改变的是装置流量模数K，而K的大小与管路中的阻力有关，改变泵装置管路中的阻力系数，使管路特性发生变化，就可以达到调节流量的目的，这是常用的节流调节法又称为阀门调节法。这种方法操作简便、流量连续，可以在某一最大流量与零之间随意调节，且无需额外投资，适用场合很广。缺点是由于它依靠改变闸阀处的水力损失来进行调节，因此增加了水力损失，造成机械效率降低。

三、采用新技术叶轮

目前国内利用流体力学原理，通过改变叶轮叶片数量及叶片角度，达到改变水泵特性。此种叶轮已在我单位试验成功。该方法优点在于，在满足调节参数要求的情况下，有较明显的节能降耗，机组效率提高的特点。缺点在于该叶轮为非定型产品，安装后需要反复测试拆装，产生较大的工作量。

结 论:

对于目前离心泵的调节，无论采取哪种方式，都要与泵能耗、效率等方面紧密联系，在实际工作中应该从多方面考虑，在二者之间综合出最佳的流量调节方法找出适合本企业最佳的方式、方法。