淺析船用離心泵工況調(diào)節(jié)的方法

吳國(guó)強(qiáng)

摘 要 文章通過(guò)分析離心泵工況點(diǎn)的變化情況，提出了離心泵四種常用的工況調(diào)節(jié)方法，并舉例在實(shí)船工作中如何對(duì)不同用途的離心泵進(jìn)行工況調(diào)節(jié)的，這對(duì)船員實(shí)船操作起到了很好的指導(dǎo)性作用。

關(guān)鍵詞 離心泵 工況調(diào)節(jié) 方法

中圖分類號(hào)：TH311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

On the Regulation Method of Working Conditions for Marine Centrifugal

WU Guoqiang

（Tianjin Maritime College， Tianjin 300350）

Abstract By analyzing the changes in the operating point of a centrifugal pump， centrifugal proposed four common condition adjustment method， and an example of how the real ship work carried out on the different uses of centrifugal pumps regulate working conditions， which operate on the real ship crew played a very good role in guiding.

Key words centrifugal； regulation of work conditions； methods

在各種船舶上，離心泵被廣泛用作各種水泵和油泵，比如：船舶壓載泵、艙底水泵、油船掃艙泵、各種設(shè)備冷卻水的輸送泵、貨油泵等。自然在實(shí)用過(guò)程中不可能一直保持恒流量和恒揚(yáng)程，而是根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就是離心泵工況的調(diào)節(jié)問(wèn)題。一般都是通過(guò)調(diào)節(jié)輸送管路的閥門(mén)、泵本身的結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等。

1 工況點(diǎn)的確定

1.1 離心泵的揚(yáng)程特性曲線

在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，經(jīng)過(guò)改變離心泵排出閥開(kāi)度的大小，測(cè)出離心泵在流量不同時(shí)，相應(yīng)的揚(yáng)程也隨之發(fā)生變化，如圖 1，圖中是采用后彎葉輪的離心泵經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得函數(shù)曲線。這條曲線就是離心泵能夠提供的揚(yáng)程特性曲線，從圖1中可以看出，隨著流量的增加，離心泵的揚(yáng)程隨之降低。當(dāng)流量為零時(shí)，泵的揚(yáng)程最大。

圖 1 圖 2 節(jié)流調(diào)節(jié)法

1.2 離心泵的裝置特性

液體要從吸入液面流到排出液面，必須克服管路阻力、吸排液面壓差、重力勢(shì)能，同時(shí)具有一定的流速。液體流過(guò)既定管路是所需要的揚(yáng)程與流量之間關(guān)系的函數(shù)曲線，稱為管路特性曲線，如圖 1，曲線就是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)畫(huà)出的通過(guò)實(shí)驗(yàn)管路得出的管路特性曲線。該曲線的函數(shù)可表達(dá)為：

= + = + + （1）

其中，是管路的靜能頭，包括吸排液面的位置頭和壓力頭（+ ）/；是用于克服管路阻力的，與流速二次方成正比， = ，為比例常數(shù)，與阻力的大小有關(guān)。圖1中曲線的起點(diǎn)取決于通過(guò)管路吸排液面間的高度差和壓力差，彎曲程度取決于管路阻力大小。

1.3 離心泵的工況點(diǎn)

將離心泵的揚(yáng)程特性曲線，和它的工作管路的特性曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)圖上（如圖1），稱為泵的裝置特性。兩條曲線的交點(diǎn)處揚(yáng)程為，流量為，這是離心泵能夠提供的揚(yáng)程H和流量正好等于液體以這個(gè)工況流過(guò)試驗(yàn)管路是所需要的揚(yáng)程和流量，這兩條曲線的交點(diǎn)就是泵的工況點(diǎn)。工況點(diǎn)的位置變化，泵的揚(yáng)程和流量也隨之變化，與之對(duì)應(yīng)的軸功率、效率、必需汽蝕余量也隨之變化。

2 離心泵工況點(diǎn)調(diào)節(jié)的常用方法

離心泵在工作中的揚(yáng)程和流量是由泵的特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)決定的，在船舶上，貨油泵、凝水泵、冷卻水泵、各種給水泵等在使用中都需要調(diào)節(jié)流量或者揚(yáng)程，調(diào)節(jié)的方法就是調(diào)節(jié)工況點(diǎn)的位置。常用的調(diào)節(jié)工況點(diǎn)的方法有：節(jié)流調(diào)節(jié)、回流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)、葉輪切割及減少管路靜能頭等方法。

2.1 節(jié)流調(diào)節(jié)法

節(jié)流調(diào)節(jié)是指通過(guò)改變離心泵排出閥1的開(kāi)度的方法使管路特性發(fā)生變化的調(diào)節(jié)方法。如圖 2中若減少離心泵排出閥1的開(kāi)度，管路的阻力增大，管路特性曲線變陡峭，與揚(yáng)程特性曲線的交點(diǎn)（工況點(diǎn)）由上升到，流量由較小到，揚(yáng)程增加到；若增大離心泵排出閥1的開(kāi)度，管路阻力變小，管路特性曲線變平坦，由變?yōu)?，工況點(diǎn)由變?yōu)椋闺x心泵流量增加到，揚(yáng)程減小到。

節(jié)流調(diào)節(jié)的方法簡(jiǎn)單易行，普遍使用，但是經(jīng)濟(jì)性差。當(dāng)節(jié)流程度較大時(shí)，管路的流量很小，效率降低，會(huì)使離心泵發(fā)熱嚴(yán)重。

2.2 回流調(diào)節(jié)法

回流調(diào)節(jié)是通過(guò)改變回流閥2（也稱旁通閥）的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)方法。如圖3，離心泵排出總流量 = + ，即輸出流量與回流流量的和，回流管路和輸出（下轉(zhuǎn)第202頁(yè)）（上接第197頁(yè)）管路相當(dāng)于是并聯(lián)管路。此時(shí)泵的流量是，若減小回流閥2的開(kāi)度，泵的兩個(gè)并聯(lián)管路總阻力增加，這時(shí)總的管路特性曲線變陡峭，工況點(diǎn)由變到，泵的總流量由減少到，但是輸出管路流量增大；若開(kāi)大回流閥的開(kāi)度，泵兩個(gè)并聯(lián)管路總阻力減小，這時(shí)總的管路特性曲線變平坦，工況點(diǎn)由變到，泵的總流量由減少到，但是輸出管路流量增大。

回流調(diào)節(jié)會(huì)使管路的一部分流量回流，是很不經(jīng)濟(jì)的，所以離心泵很少使用回流調(diào)節(jié)作為它的調(diào)節(jié)方法，一般只是作為一種輔助的調(diào)節(jié)手段。

2.3 變速調(diào)節(jié)法

變速調(diào)節(jié)是指通過(guò)改變離心泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)泵的性能參數(shù)的方法，主要是經(jīng)過(guò)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度。離心泵的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，離心泵的流量、揚(yáng)程、軸功率都會(huì)隨之產(chǎn)生一定變化。如果同一臺(tái)離心泵輸送的是同一種液體，轉(zhuǎn)速變化前后各運(yùn)動(dòng)相似的工況，相應(yīng)參數(shù)的變化符合以下比例規(guī)律：

= ； = ； = （2）

其中，當(dāng)轉(zhuǎn)速為時(shí)，流量，揚(yáng)程為，功率為；轉(zhuǎn)速為時(shí)，流量，揚(yáng)程為，功率為。由公式（2）可得圖4：

當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速分別為，，（>>）時(shí)，離心泵的揚(yáng)程特性曲線，，逐漸降低，與管路特性曲線R的交點(diǎn)分別為，，。使得>>，>>。

調(diào)速調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是能在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高的效率，經(jīng)濟(jì)性比節(jié)流調(diào)節(jié)和回流調(diào)節(jié)都好，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)需要原動(dòng)機(jī)變頻或者齒輪變速，隨著變頻技術(shù)進(jìn)步，變速調(diào)節(jié)的方法越來(lái)用的越多在船舶上。

2.4 葉輪切割法

根據(jù)離心泵揚(yáng)程大小與離心泵葉輪外徑的平方成正比的特點(diǎn)，用于某管路系統(tǒng)的離心泵如果流量和工作壓力超出實(shí)際需要，可用切割葉輪外徑的方法來(lái)降低離心泵的特性曲線，使工況參數(shù)改變，從而節(jié)省功率，這就是葉輪切割法。制造廠家亦常將原型葉輪車削外徑后制成一些派生的型號(hào)，以擴(kuò)大產(chǎn)品的適用范圍。

3 船舶營(yíng)運(yùn)中工況調(diào)節(jié)的實(shí)用方法選擇

在船舶離心泵使用中，較多使用節(jié)流調(diào)節(jié)的方式，這種方式控制方便，易于使用，比如壓載泵、消防泵、主海水泵、淡水泵等使用節(jié)流調(diào)節(jié)?；亓髡{(diào)節(jié)只是在比較特殊場(chǎng)合使用，比如船舶鍋爐的給水泵在給水量小時(shí)使用，這樣控制精準(zhǔn)。變速調(diào)節(jié)目前在船舶上使用越來(lái)越多，比如采用中央冷卻器的船舶上，使用了變頻技術(shù)的電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)主海水泵。葉輪切割技術(shù)在船舶上使用較少，由于技術(shù)操作難度較大，需嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)車削才能使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在船舶上能夠正確選擇合適的工況調(diào)節(jié)方法能既能夠充分發(fā)揮離心泵的效力，也能充分利用船舶上有限的能源，是使船舶經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施，同時(shí)也考驗(yàn)著船舶輪機(jī)管理人員的知識(shí)水平和業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

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