離心泵效率及節(jié)能的簡單研究

王文江，李柏岐

1.大慶油田礦區(qū)服務事業(yè)部財務資產(chǎn)處，黑龍江 大慶 163453

2.大慶鉆探工程公司機械修理廠二部，黑龍江 大慶 163413

隨著我國新時期可持續(xù)發(fā)展的偉大戰(zhàn)略的確定和實施，對節(jié)約能源，降低能耗的要求越來越高。本文對影響離心泵效率的原因進行分析，提出了改進泵組效率、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。從流體力學觀點看，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)也會穩(wěn)定，工質(zhì)在泵內(nèi)運動符合流體規(guī)律，泵的效率也就越高。

1.2 設(shè)計技術(shù)方面

泵能量的損失可分為：容積損失、水力損失、機械效率損失。隨著計算機技術(shù)的不斷提高，為離心泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究帶來了更好的方法。CAD、CFD技術(shù)對離心泵設(shè)計水平的提高有著很大的幫助，目前世界各國正在大力發(fā)展的方向之一。很多國家都開展了新的速度系數(shù)法和模型法的仿真應用。在泵結(jié)構(gòu)選定后，可以認為機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)會含有雜質(zhì)以及運行工況不穩(wěn)定的情況，不可避免的會造成泵殼及葉輪的磨損。并且在運行中，泵的過流部件（主要是葉輪和泵殼）會遭到不同程度的汽蝕破壞，泵的效率將會越來越低。

因此，要想保證泵的長期高效性運行，就要有高水平的制造工藝。為保證泵的設(shè)計性能，首先，要提高生產(chǎn)制造的準確性。生產(chǎn)廠家應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，要想盡辦法對泵的流道進行打磨，以提高過流部分的表面光潔度，從而減小對流體的摩擦阻力。

其次，減少過流部件的粗糙度以降低泵的水力損失，提高泵的效率。泵運行一定時間后，不可避免地造成葉輪及導葉等部件表面磨損，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：流量、揚程、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)，當其中某一參數(shù)發(fā)生變化時，其它工作參數(shù)也會發(fā)生相應的變化，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志，也是本文主要的研究方向。

離心泵在實際運轉(zhuǎn)中，由于存在各種能量損失，致使泵的實際（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，在某一個流量下，每臺泵都可以找到與其對應的揚程、功率及效率值。通常我們把這一組相對應的參數(shù)稱為工況點，對應的最高效率點稱為最佳工況點（見圖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。交點稱為泵的運行工況點。運行工況點會隨著泵的流量和揚程的變化而變化，而管路的特性曲線在給定的管路系統(tǒng)中所需的揚程基本是不變的。在泵的實際使用中，泵的運行工況點應和最佳工況點重合，或者接近最佳工況點，這樣才能使泵保持在高效率運行區(qū)，從而達到節(jié)能的目的。當然，如果離心泵的運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，而且長期使用的話泵的壽命還會降低，浪費巨大。

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)速下測定。

2）串并聯(lián)方式下泵的能耗分析

當單臺離心泵不能滿足輸送任務時，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)系指兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管路輸送流體的工作方式。若一臺泵的流量不能滿足要求時一般采用該方案，并聯(lián)運行節(jié)能用于以下兩種情況：

（1）當擴建機組，相應需要的流量增加，原來的泵仍可用；

（2）由于外界的負荷變化很大，流量變化幅度相應很大，為了發(fā)揮泵的經(jīng)濟效果，使其在高效率范圍內(nèi)工作，往往采用兩臺或者數(shù)臺泵并聯(lián)工作。小流量時可以開啟一臺泵，大流量時泵都開啟。

串聯(lián)時，兩臺泵的流量相同，為了保證兩臺泵都能在高效區(qū)工作，這幾臺串聯(lián)泵的工況點的流量相等或相近。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）泵的間斷運行

在正確地選用泵之后，流量有時仍然較大，可采用間斷運行的方式，以達到節(jié)約電能的目的。但是間斷關(guān)閉開啟設(shè)備，使設(shè)備容易造成電動機一類容易損壞，減少使用壽命。這一點很多單位并沒有注意到。

3 使用運行管理節(jié)能

1）油田很多單位在采購產(chǎn)品的過程中，并不關(guān)心節(jié)能技術(shù)指標，只關(guān)心產(chǎn)品能否滿足要求，價格是否低廉。為了保險起見，都選用流量和楊程裕量過大的泵，結(jié)果使得泵無法在高效區(qū)內(nèi)運轉(zhuǎn)，運行效率遠遠低于最高效率點。此外，由于缺乏管理，很多泵的零部件得不到及時更換和修理，高速旋轉(zhuǎn)的葉片表面和工質(zhì)之間的摩擦，泵軸在軸承、軸封等處的機械摩擦造成的能量損失會越來越大，不但浪費能源，還容易發(fā)生故障。常見的節(jié)能如直流軟啟動，交流變頻啟動等。

2）改變流量節(jié)能

離心泵流量調(diào)節(jié)的實質(zhì)是工作點的調(diào)節(jié)，可通過改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線得以實現(xiàn)。在實際使用中，根據(jù)工作需要，往往需要對泵的流量進行一定的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)泵的流量，也就是要相應的移動工況點的位置。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進行調(diào)節(jié)，而泵特性曲線可用改變轉(zhuǎn)速、葉輪級數(shù)和車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，這個方法精度高，效果好。

4 結(jié)論

泵的節(jié)能降耗一是改進泵結(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際運行楊程一致，盡量減少無謂的多余能耗，并且還要經(jīng)常檢修、維護，切削葉輪改造前要進行精確的計算，理論與實際結(jié)合，反復實驗。此外還可引用新技術(shù)，尋找更合理、更經(jīng)濟節(jié)能措施。

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

[1]高章發(fā)，李學來，王龍，等.離心泵的節(jié)能運行分析[J].通用機械，2005(11).

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