離心泵效率及節(jié)能的簡(jiǎn)單研究

王文江，李柏岐

1.大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部財(cái)務(wù)資產(chǎn)處，黑龍江 大慶 163453

2.大慶鉆探工程公司機(jī)械修理廠二部，黑龍江 大慶 163413

隨著我國(guó)新時(shí)期可持續(xù)發(fā)展的偉大戰(zhàn)略的確定和實(shí)施，對(duì)節(jié)約能源，降低能耗的要求越來(lái)越高。本文對(duì)影響離心泵效率的原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)泵組效率、降低泵能耗的一些措施。

1 泵本身的節(jié)能

1.1 泵工作原理

目前油田主要采用葉片式離心泵，依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)抽送工質(zhì)，工質(zhì)流方向是徑向流。從流體力學(xué)觀點(diǎn)看，如果葉輪的葉片構(gòu)造好，能使脈沖降到最低、工質(zhì)流向平穩(wěn)，則泵的效率也就越高。此外，如果泵殼結(jié)構(gòu)形式好的話，泵內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)也會(huì)穩(wěn)定，工質(zhì)在泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)符合流體規(guī)律，泵的效率也就越高。

1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)方面

泵能量的損失可分為：容積損失、水力損失、機(jī)械效率損失。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，為離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究帶來(lái)了更好的方法。CAD、CFD技術(shù)對(duì)離心泵設(shè)計(jì)水平的提高有著很大的幫助，目前世界各國(guó)正在大力發(fā)展的方向之一。很多國(guó)家都開(kāi)展了新的速度系數(shù)法和模型法的仿真應(yīng)用。在泵結(jié)構(gòu)選定后，可以認(rèn)為機(jī)械損失和容積損失基本不變，因此泵的節(jié)能就只能在減少泵內(nèi)水力損失上下文章了。

1.3 基礎(chǔ)制造業(yè)方面

由于泵在輸送的工質(zhì)內(nèi)會(huì)含有雜質(zhì)以及運(yùn)行工況不穩(wěn)定的情況，不可避免的會(huì)造成泵殼及葉輪的磨損。并且在運(yùn)行中，泵的過(guò)流部件（主要是葉輪和泵殼）會(huì)遭到不同程度的汽蝕破壞，泵的效率將會(huì)越來(lái)越低。

因此，要想保證泵的長(zhǎng)期高效性運(yùn)行，就要有高水平的制造工藝。為保證泵的設(shè)計(jì)性能，首先，要提高生產(chǎn)制造的準(zhǔn)確性。生產(chǎn)廠家應(yīng)努力提高零件鑄造質(zhì)量，以保證尺寸的精確度和形狀的正確性，要想盡辦法對(duì)泵的流道進(jìn)行打磨，以提高過(guò)流部分的表面光潔度，從而減小對(duì)流體的摩擦阻力。

其次，減少過(guò)流部件的粗糙度以降低泵的水力損失，提高泵的效率。泵運(yùn)行一定時(shí)間后，不可避免地造成葉輪及導(dǎo)葉等部件表面磨損，水力損失增大，水力效率降低。合理選擇縫隙處零件的材料，提高抗咬合和耐磨性，適當(dāng)減少間隙值，減少容積損失。

2 泵系統(tǒng)節(jié)能

泵的性能主要參數(shù)有6個(gè)：流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速和允許吸上真空高度（或必需汽蝕余量）。這些參數(shù)之間互為關(guān)聯(lián)，當(dāng)其中某一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其它工作參數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，但變化的規(guī)律取決于水泵葉輪的結(jié)構(gòu)型式和特性。為了降低泵能耗，就必須深入研究離心泵的工作性能，掌握葉片泵的主要性能參數(shù)意義。

反映能量損失大小的參數(shù)稱(chēng)為效率，即泵系統(tǒng)的能量利用率是指在給定的管道系統(tǒng)中，泵進(jìn)行輸送作業(yè)所消耗的有用能量與總輸入能量之比，或有用功率與輸入功率之比，它是泵能耗的重要標(biāo)志，也是本文主要的研究方向。

離心泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于存在各種能量損失，致使泵的實(shí)際（有效）壓頭和流量均低于理論值，而輸入泵的功率比理論值為高。泵效率是指水泵有效功率與軸功率之比。即：

式中 ：η為水泵效率（%）；

PT為水泵的有效功率（kW）；

P為水泵軸功率（kW）；

Q為水泵流量（m3/h）；

H為水泵總揚(yáng)程（M）；

γ為工質(zhì)的比重（kg/m3）。

1）如何選用符合適用要求的泵

由泵的性能參數(shù)公式可以看出，在某一個(gè)流量下，每臺(tái)泵都可以找到與其對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程、功率及效率值。通常我們把這一組相對(duì)應(yīng)的參數(shù)稱(chēng)為工況點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的最高效率點(diǎn)稱(chēng)為最佳工況點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。圖1中曲線H～Q為管路特性曲線，曲線η～Q為泵的性能曲線。交點(diǎn)稱(chēng)為泵的運(yùn)行工況點(diǎn)。運(yùn)行工況點(diǎn)會(huì)隨著泵的流量和揚(yáng)程的變化而變化，而管路的特性曲線在給定的管路系統(tǒng)中所需的揚(yáng)程基本是不變的。在泵的實(shí)際使用中，泵的運(yùn)行工況點(diǎn)應(yīng)和最佳工況點(diǎn)重合，或者接近最佳工況點(diǎn)，這樣才能使泵保持在高效率運(yùn)行區(qū)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)然，如果離心泵的運(yùn)行工況低于泵的額定工況的話，則泵的效率不但低，耗能還非常高，而且長(zhǎng)期使用的話泵的壽命還會(huì)降低，浪費(fèi)巨大。

圖1 泵的性能曲線

（1）H～Q線 表示壓頭和流量的關(guān)系，又叫管路特性曲線；

（2）N～Q線 表示泵軸功率和流量的關(guān)系，又叫泵的性能曲線；

（3）η～Q線 表示泵的效率和流量的關(guān)系；

（4）泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)定。

2）串并聯(lián)方式下泵的能耗分析

當(dāng)單臺(tái)離心泵不能滿足輸送任務(wù)時(shí)，可以采用離心泵的并聯(lián)或串聯(lián)操作。離心泵的并、串聯(lián)操作目的在于提高壓頭或流量。

泵的并聯(lián)系指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的泵向同一壓力管路輸送流體的工作方式。若一臺(tái)泵的流量不能滿足要求時(shí)一般采用該方案，并聯(lián)運(yùn)行節(jié)能用于以下兩種情況：

（1）當(dāng)擴(kuò)建機(jī)組，相應(yīng)需要的流量增加，原來(lái)的泵仍可用；

（2）由于外界的負(fù)荷變化很大，流量變化幅度相應(yīng)很大，為了發(fā)揮泵的經(jīng)濟(jì)效果，使其在高效率范圍內(nèi)工作，往往采用兩臺(tái)或者數(shù)臺(tái)泵并聯(lián)工作。小流量時(shí)可以開(kāi)啟一臺(tái)泵，大流量時(shí)泵都開(kāi)啟。

串聯(lián)時(shí)，兩臺(tái)泵的流量相同，為了保證兩臺(tái)泵都能在高效區(qū)工作，這幾臺(tái)串聯(lián)泵的工況點(diǎn)的流量相等或相近。并且必須檢查一下后面泵的殼體和密封裝置所承受的壓力是否滿足要求。

3）泵的間斷運(yùn)行

在正確地選用泵之后，流量有時(shí)仍然較大，可采用間斷運(yùn)行的方式，以達(dá)到節(jié)約電能的目的。但是間斷關(guān)閉開(kāi)啟設(shè)備，使設(shè)備容易造成電動(dòng)機(jī)一類(lèi)容易損壞，減少使用壽命。這一點(diǎn)很多單位并沒(méi)有注意到。

3 使用運(yùn)行管理節(jié)能

1）油田很多單位在采購(gòu)產(chǎn)品的過(guò)程中，并不關(guān)心節(jié)能技術(shù)指標(biāo)，只關(guān)心產(chǎn)品能否滿足要求，價(jià)格是否低廉。為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，都選用流量和楊程裕量過(guò)大的泵，結(jié)果使得泵無(wú)法在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最高效率點(diǎn)。此外，由于缺乏管理，很多泵的零部件得不到及時(shí)更換和修理，高速旋轉(zhuǎn)的葉片表面和工質(zhì)之間的摩擦，泵軸在軸承、軸封等處的機(jī)械摩擦造成的能量損失會(huì)越來(lái)越大，不但浪費(fèi)能源，還容易發(fā)生故障。常見(jiàn)的節(jié)能如直流軟啟動(dòng)，交流變頻啟動(dòng)等。

2）改變流量節(jié)能

離心泵流量調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)是工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)，可通過(guò)改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線得以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際使用中，根據(jù)工作需要，往往需要對(duì)泵的流量進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)泵的流量，也就是要相應(yīng)的移動(dòng)工況點(diǎn)的位置。為此，必須改變泵或管線的特性曲線。管線特性可利用排出口的閘門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而泵特性曲線可用改變轉(zhuǎn)速、葉輪級(jí)數(shù)和車(chē)削葉輪外徑等方法調(diào)節(jié)。目前，很多單位都采用智能軟件控制，這個(gè)方法精度高，效果好。

4 結(jié)論

泵的節(jié)能降耗一是改進(jìn)泵結(jié)構(gòu)；二是提高控制水平。主要保證泵工作在高效區(qū)范圍寬、效率高的區(qū)域內(nèi)，保證泵的額定楊程與實(shí)際運(yùn)行楊程一致，盡量減少無(wú)謂的多余能耗，并且還要經(jīng)常檢修、維護(hù)，切削葉輪改造前要進(jìn)行精確的計(jì)算，理論與實(shí)際結(jié)合，反復(fù)實(shí)驗(yàn)。此外還可引用新技術(shù)，尋找更合理、更經(jīng)濟(jì)節(jié)能措施。

但是，單純強(qiáng)調(diào)保證可靠性、降低技術(shù)風(fēng)向，企業(yè)技術(shù)投入不足，創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、積極性不高、動(dòng)力不足。這在根源上很難提高技術(shù)含量，節(jié)能也就無(wú)從談起。但隨著全民意識(shí)的不斷提高，制度的逐步完善，泵節(jié)能還是有很大潛力的！

[1]高章發(fā)，李學(xué)來(lái)，王龍，等.離心泵的節(jié)能運(yùn)行分析[J].通用機(jī)械，2005(11).

[2]伍年青，蓋學(xué)輝，于景龍.不同工況條件下離心泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能分析[J].石油機(jī)械，2000(7).