淺談離心泵的節(jié)能應(yīng)用措施

黃永謀， 荊永昌

（1.南丹縣南星冶金化工有限公司，廣西南丹547200；2.北京京橋熱電有限責(zé)任公司，北京100069）

離心泵在生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用非常廣泛。尤其在火電廠中的各類輔助設(shè)備中，泵類設(shè)備占了絕大部分，而自身的用電量蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。本人根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，介紹了離心泵的節(jié)能措施。

1 提高運(yùn)行效率

水泵正常工作時(shí)的損失有容積損失、機(jī)械損失和水力損失等。如果要提高泵自身效率需要從容積效率、機(jī)械效率和水力效率這3個(gè)方面考慮。

1.1 提高水力效率，減小水力損失

影響泵效率最主要的因素是水力損失，在各部位的水力損失中，葉輪內(nèi)的水力損失最大，占全部水力損失的一半左右；其次是導(dǎo)葉轉(zhuǎn)彎處的水力損失，占全部水力損失的1／4左右，而剩下的1／4水力損失，主要集中在葉輪到導(dǎo)葉、導(dǎo)葉擴(kuò)散部分、反導(dǎo)葉到葉輪入口等幾個(gè)部位。針對這些因素，提高水利效率的措施包括：① 盡量在額定工況下工作；②裝配葉輪出口中心與導(dǎo)葉進(jìn)口中心要對正；③ 防止葉輪流道或殼體、導(dǎo)葉流道銹蝕；④ 輸送清潔介質(zhì)；⑤ 合理設(shè)計(jì)過流部件的幾何形狀。

1.2 提高容積效率，減小容積損失

離心泵的容積損失有密封環(huán)漏泄損失、平衡機(jī)構(gòu)漏泄損失和級間漏泄損失。始終會有一部分液體從葉輪出口向葉輪入口漏泄，漏泄液體的能量全部用到克服密封環(huán)阻力上了，這就是密封環(huán)漏泄損失。由于在平衡機(jī)構(gòu)兩側(cè)存在著壓力差，因而也有一部分液體從高壓區(qū)域向低壓區(qū)域漏泄。平衡孔的漏泄會使水泵的效率降低5%左右。在渦殼式多級泵中，級間隔板兩側(cè)壓力不等，因而也存在漏泄損失。只有降低這些損失，才能提高容積效率，達(dá)到節(jié)能效果?？刹捎玫拇胧┌ǎ孩?在進(jìn)口處裝密封環(huán)（承磨環(huán)或口環(huán)）；② 密封環(huán)間隙要適當(dāng)，磨損量超過標(biāo)準(zhǔn)后及時(shí)修補(bǔ)更新；③ 軸封處防止漏損過大；④ 平衡盤的軸向間隙過大后及時(shí)調(diào)整更換。

1.3 提高泵機(jī)械效率，降低泵機(jī)械損失

離心泵的機(jī)械損失有軸承、軸封摩擦損失和葉輪圓盤摩擦損失。當(dāng)泵軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其與軸承、軸封發(fā)生摩擦產(chǎn)生的損失為軸封摩擦損失。葉輪圓盤摩擦損失是離心泵葉輪在充滿液體的泵殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這時(shí)葉輪蓋板外表面與液體發(fā)生相互摩擦，引起摩擦損失。針對這些損失，實(shí)際通常采用以下措施：① 減少軸承磨損，及時(shí)加注潤滑油、更換不合適的軸承、校正泵軸；② 減少軸封處摩擦損失，填料松緊適當(dāng)，液封流道暢通，盡量采用機(jī)械密封；③ 減少葉輪蓋板、殼體內(nèi)壁的表面粗糙度；④ 葉輪圓盤摩擦損失功率與葉輪、殼體間的間隙大小有關(guān)；⑤輸送清潔介質(zhì)防止葉輪銹蝕，減少圓盤摩擦損失；⑥ 回收一部分葉輪圓盤損失，采用開式泵腔。

2 合理選型

泵的合理選型對節(jié)能來說也是非常重要的。如果選型不當(dāng)，沒有余量，將不能滿足工藝要求；余量過大將造成運(yùn)行效率降低，浪費(fèi)能源。選型合理可以使泵運(yùn)行工況點(diǎn)經(jīng)常保持在高效區(qū)?？梢赃x擇的內(nèi)容主要有泵的型式、臺數(shù)、規(guī)格、轉(zhuǎn)速以及與之配套的原動機(jī)功率。選泵原則：① 需要滿足生產(chǎn)實(shí)際需要的最大流量、最大揚(yáng)程；② 正常運(yùn)行工況點(diǎn)盡可能靠近設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，效率最高；③ 優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、高轉(zhuǎn)速的泵；④ 設(shè)備的抗汽蝕性能要好，選用性能曲線沒有“駝峰”的泵，否則運(yùn)行工況點(diǎn)應(yīng)處于駝峰區(qū)的右邊，壓能應(yīng)低于零流量下對應(yīng)壓能[1]，方便同類設(shè)備投入并聯(lián)運(yùn)行；⑤ 特殊泵應(yīng)特殊選擇。

3 切割或加長葉輪

切割或加長葉輪是現(xiàn)場改造泵與風(fēng)機(jī)最簡便的一種方法。要想使泵的流量、揚(yáng)程、功率降低，可葉輪外徑切割；要想使流量、揚(yáng)程、功率增加可接長葉輪外徑。但都應(yīng)以效率不致降低太多為原則來進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際改造。切割時(shí)要注意泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)ns＜60時(shí)，一般保留前后蓋板只切割葉片而。高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵，則將前后蓋板切成不同的直徑，這樣可以使流動更加平衡。

圖1為某泵在允許降低效率Δη范圍內(nèi)的切割，圖中Ⅰ為切割前泵的特性曲線，AB是降低效率Δη范圍內(nèi)的工作段。Ⅱ?yàn)榍懈詈蟊玫奶匦郧€，CD為切割后降低效率Δη范圍內(nèi)的工作段，ABCD圍成的四邊形為泵的工作范圍。采用切割葉輪的方法，并在允許效率下降范圍內(nèi)，將該泵的應(yīng)用范圍從AB段擴(kuò)大到了整個(gè)ABCD工作區(qū)。

圖1 某泵的工作范圍

4 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速

變頻調(diào)速的基本原理是三相交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)的輸入頻率成正比[2]；因此，對于一臺電機(jī)來說，通過改變它的運(yùn)行頻率就可以改變它的轉(zhuǎn)速。凝泵電機(jī)接線方式如圖2所示。

對于離心式水泵來說，由流體力學(xué)可知，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚(yáng)程H以及軸功率P的關(guān)系為：

圖2 凝泵電機(jī)接線

式中，Q1，Q2，Q3分別為水泵在n1，n2，n3轉(zhuǎn)速時(shí)的流量；H1，H2，H3分別為水泵在n1，n2，n3轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程；P1，P2，P3分別為水泵在n1，n2，n3轉(zhuǎn)速時(shí)的軸功率。由式（1）～（3）可知，水泵的Q與n成正比，H與n2成正比，P與n3成正比；因此，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，適當(dāng)降低流量，保證一定的揚(yáng)程，如圖3所示，可獲得可觀的節(jié)能效果[3]。

圖3 變頻泵性能曲線

變頻調(diào)速原理如圖3所示。凝結(jié)水泵在轉(zhuǎn)速分別為n1，n2，n3時(shí)，性能曲線為一組近似平行的曲線。n2＞n1＞n3時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的降低，揚(yáng)程下降。每條性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)為該轉(zhuǎn)速下的實(shí)際工況點(diǎn)[4]。

5 優(yōu)化泵運(yùn)行方式

5.1 給水泵

對于給水泵的運(yùn)行，可以優(yōu)先運(yùn)行效率較高的給水泵，盡量減少給水泵的啟停操作，可適當(dāng)降低給水系統(tǒng)壓力，在保證系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的提高。

5.2 循環(huán)水泵

可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定出機(jī)組運(yùn)行時(shí)的最佳真空。調(diào)節(jié)循環(huán)水泵運(yùn)行臺數(shù)，優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式來實(shí)現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。在不影響真空前提下盡可能地節(jié)約電能，降低廠用電率。比較提高真空所取得的經(jīng)濟(jì)效益與泵增加的耗功來進(jìn)行運(yùn)行方式的優(yōu)化。其他泵也可以參照這個(gè)思路進(jìn)行運(yùn)行方式優(yōu)化。

6 運(yùn)行注意事項(xiàng)

6.1 制定合理的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍

對于已經(jīng)改為變頻的電機(jī)，盡可能使電機(jī)調(diào)速范圍在其額定轉(zhuǎn)速的70%～100%，最低也不能低于額定轉(zhuǎn)速的50%。因?yàn)楫?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%～50%時(shí)，設(shè)備的效率會明顯下降。

6.2 進(jìn)行系統(tǒng)的平衡

當(dāng)其中某臺或某幾臺設(shè)備的轉(zhuǎn)速比其他設(shè)備的轉(zhuǎn)速低得過多時(shí)，由于管阻特性相同，可能會出現(xiàn)該設(shè)備工作不正常的情況[5]。這是因?yàn)楦鶕?jù)流量要求，不同設(shè)備可能運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速，即不同的工作點(diǎn)。為了避免這種不良情況，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，務(wù)必要考慮系統(tǒng)的平衡問題。特別是在負(fù)載變動較大時(shí)，不應(yīng)把調(diào)節(jié)過多地集中在某一個(gè)或某幾個(gè)設(shè)備上，而要進(jìn)行綜合平衡處理。

7 結(jié) 語

通過設(shè)備運(yùn)行方式改變、泵體改造和電機(jī)變頻改造等方式達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。離心泵節(jié)能的措施從設(shè)計(jì)配套、安裝維修，到運(yùn)行調(diào)度、試驗(yàn)分析和改造，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在著許多節(jié)能潛力，需綜合全面考慮，才能達(dá)到最大的節(jié)能效果。

[1] 徐寶仁.變頻調(diào)速泵特性與節(jié)能的探討[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2008，34（3）：31－33.

[2] 孫宏雁.高壓變頻技術(shù)在生產(chǎn)用水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].一重技術(shù)，2008（1）：72－73.

[3] 郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 楊乃喬.液力 調(diào)速 與節(jié)能 [J].節(jié)能與安 全，2008（6）：25－29.

[5] 關(guān)凡醒.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊[M].北京：北京宇航出版社，1995.