泵是耗能大戶(hù)。據專(zhuān)家估計, 約占世界總能耗的20%。在石油和化工工業(yè)中更分別高達59%和26%。因此，泵的節能是一項意義深遠、潛力巨大、經(jīng)濟效益和社會(huì )效益十分顯著(zhù)的大事。過(guò)去, 離心泵的調節, 普遍采用閥門(mén)控制和啟閉旁通等方法, 能量損失很大。隨著(zhù)變頻技術(shù)工業(yè)應用的發(fā)展, 變速調節不僅方便, 而且經(jīng)濟上也呈現合理。特別是能將特性曲線(xiàn)儲存起來(lái), 并用變頻器按生產(chǎn)要求進(jìn)行調節的新一代智能泵的出現, 將離心泵的調節帶入了現代化的模式。許多企業(yè)包括個(gè)人都在積極地、有深度地促進(jìn)著(zhù)它的發(fā)展。離心泵是廣泛應用于化工工業(yè)系統的一種通用流體機械, 它具有性能適應范圍廣(包括流量、壓頭及對輸送介質(zhì)性質(zhì)的適應性)、體積小、結構簡(jiǎn)單、操作容易、操作費用低等諸多優(yōu)點(diǎn)。通常，所選離心泵的流量、壓頭可能會(huì )和管路中要求的不一致，或由于生產(chǎn)任務(wù)、工藝要求發(fā)生變化，此時(shí)都要求對泵進(jìn)行流量調節，實(shí)質(zhì)是改變離心泵的工作點(diǎn)。離心泵的工作點(diǎn)是由泵的特性曲線(xiàn)和管路系統特性曲線(xiàn)共同決定的，因此，改變任何一個(gè)的特性曲線(xiàn)都可以達到流量調節的目的。

目前，作為離心泵節能的措施，提高離心泵本身的性能無(wú)疑是必要的，要改善機械設備的效率、提高其可靠性和擴大其高效率等方面已作了巨大的努力，不能期望在性能上有大的突破。但是，在離心泵的運行方面，卻存在著(zhù)較大的節能潛力。離心泵的流量調節方式主要有調節閥控制、變頻調速控制以及泵的并、串聯(lián)調節等。由于各種調節方式的原理不同，除有自己的優(yōu)缺點(diǎn)外，造成的能量損耗也不一樣，為了尋求佳、能耗小、節能的流量調節方式，必須全面地了解離心泵的流量調節方式與能耗之間的關(guān)系。選擇能節能的控制模式。

2 離心泵調節方式

2.1 改變管路特性曲線(xiàn)

離心泵在機械制造時(shí), 按充分滿(mǎn)足額定性能進(jìn)行設計，使用者在選用時(shí)考慮管路阻力、流量變化都留有余地, 結果采用了大容量設備, 運行中用關(guān)小調節閥來(lái)調節流量。
使用簡(jiǎn)單的方法就是利用泵出口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制, 其實(shí)質(zhì)是改變管路特性曲線(xiàn)的位置來(lái)改變泵的工作點(diǎn)。如圖1所示, 設離心泵的實(shí)際壓頭為ha, 管路損失為h1, 離心泵在泵特性曲線(xiàn)h和管路特性曲線(xiàn)r的交點(diǎn)(qn, ha)處運轉�，F在, 為把流量調節q1, 關(guān)小出口閥，閥門(mén)損失為hv, 則管路曲線(xiàn)變陡, 變成r′, 工作點(diǎn)變?yōu)閎(q1,hb)�？梢�(jiàn)采用閥門(mén)調節流量方法簡(jiǎn)單, 流量可以連續變化, 但能量損失較大。

2.2 改變離心泵特性曲線(xiàn)

根據比例定律和切割定律，改變泵的轉速、改變泵結構(如切削葉輪外徑法等)兩種方法都能改變離心泵的特性曲線(xiàn)，從而達到調節流量(同時(shí)改變壓頭)的目的。但是對于已經(jīng)工作的泵，改變泵結構的方法不太方便，并且由于改變了泵的結構，降低了泵的通用性，盡管它在某些時(shí)候調節流量經(jīng)濟方便[1]，在生產(chǎn)中也很少采用。這里僅分析改變離心泵的轉速調節流量的方法。從圖2中分析，當改變泵轉速調節流量從qn下降到q1時(shí)，泵的轉速(或電機轉速)從n下降到n'，泵特性曲線(xiàn)h'，工作點(diǎn)由a移到c。在轉速變化小于20%時(shí)，離心泵的流量與轉速成正比，軸功率與轉速的立方成正比，即
q′=(n′/n)q; h′=(n′/n)2h; n′=(n′/n)3n
用轉速調節法，軸功率由na減少到nc，此調節方法調節效果明顯、快捷、安全可靠，可以延長(cháng)泵使用壽命，節約電能，另外降低轉速運行還能有效的降低離心泵的汽蝕余量npshr，使泵遠離汽蝕區，減小離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。
2.3 泵的串、并連調節方式
當單臺離心泵不能滿(mǎn)足輸送任務(wù)時(shí)，可以采用離心泵的并聯(lián)或串聯(lián)操作。用兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)，雖然壓頭變化不大，但加大了總的輸送流量，并聯(lián)泵的總效率與單臺泵的效率相同;離心泵串聯(lián)時(shí)總的壓頭增大，流量變化不大，串聯(lián)泵的總效率與單臺泵效率相同。

3 不同調節方式下泵的能耗分析

在對不同調節方式下的能耗分析時(shí), 僅針對目前廣泛采用的閥門(mén)調節和泵變轉速調節兩種調節方式加以分析。由于離心泵的并、串聯(lián)操作目的在于提高壓頭或流量, 在化工領(lǐng)域運用不多, 其能耗可以結合圖2進(jìn)行分析, 方法基本相同。

3.1 閥門(mén)調節流量時(shí)的功耗
離心泵運行時(shí)，電動(dòng)機輸入泵軸的功率n為:
n＝vqh／η
式中: n—軸功率，w;
h—泵的有效壓頭，m;
q—泵的實(shí)際流量，m3/s;
v—流體比重，kg/m3;
η—泵的效率。
當用閥門(mén)調節流量從qn到q1，在工作點(diǎn)b消耗的軸功率為:
nb＝vq1h1／η
式中: vqnhv—實(shí)際有用功率，w;
vq1(h1-hv)—閥門(mén)上損耗得功率，w;
vq1h1(1/η-1)—離心泵損失的功率，w。

3.2 變速調節流量時(shí)的功耗
在進(jìn)行變速分析時(shí)因要用到離心泵的比例定律, 根據其應用條件, 以下分析均指離心泵的變速范圍在±20%內, 且離心泵本身效率的變化不大[3]。用電動(dòng)機變速調節流量到流量q1時(shí), 在工作點(diǎn)c泵消耗的軸功率為:
nc＝vq1hc／η
同樣經(jīng)變換可得:
nc＝vq1hc＋vq1hc(1/η-1)
式中: vq1hc—實(shí)際有用功率，w;
vq1hc(1/η-1)—離心泵損失的功率，w。
用變頻調速法同出口閥調節法比較，可節省功率為:
δn=vq1(hb-hc)

4 結束語(yǔ)

對于目前離心泵通用的出口閥門(mén)調節和泵變頻調節兩種主要流量調節方式，泵變頻調速節約的能耗比出口閥門(mén)調節大得多，這點(diǎn)可以從兩者的功耗分析和功耗對比分析看出。通過(guò)離心泵的流量與揚程的關(guān)系圖，可以更為直觀(guān)的反映出兩種調節方式下的能耗關(guān)系。通過(guò)泵變速調節來(lái)減小流量還有利于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。當流量減小越大時(shí)，變速調節的節能效果也越大，即閥門(mén)調節損耗功率越大，但是，泵變速過(guò)大時(shí)又會(huì )造成泵效率降低，超出泵比例定律范圍，因此，在實(shí)際應用時(shí)應該從多方面考慮，在二者之間綜合出佳的流量調節方法。

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