离心泵流量的调节

离心泵流量的调节

前言

离心泵应用广泛，几乎遍布各行各业。这主要是由于以下特性：

-  结构牢固

- 设计相对简单

- 低成本制造

- 工作状态“友好”

- 良好的可调性

为了满足不同系统、不同工况的需求，离心泵会涉及到性能（流量）的调节。本文将对较常见的几种流量调节方式进行简单介绍，仅供朋友们参考。

本篇内容主要来源于KSB学习资料。

简介

离心泵的工作原理：通过叶轮的高速旋转，由叶片拨动液体旋转，使液体产生离心力，离心力使液体产生动能和压能，实现机械能向液压能的转化。

基于驱动速度恒定的假设，可以通过出口节流阀的调节，简单地实现不同的流量。

不同转速下，离心泵允许的工作范围如（图1）泵特性曲线所示。

图1 - 不同转速下离心泵允许的典型工作范围

通过节流调节流量

通过增加系统阻力 – 节流 – 为了使最终的系统特性曲线更为陡峭。在恒定的泵转速下，泵特性曲线上的工作点向低流量方向偏移。因此，泵产生的压力（扬程）高于系统所需的压力。由此产生的多余的扬程在节流中分解，以产生压降。见图2和图3。

图2 - 节流调节

图3 - 通过节流调节的泵特性曲线

评价：

-  可以降低控制成本

-  在满负荷运行时具有优势

-  适用于运行周期短的应用

-  非常适合平坦的泵特性曲线

-  泵压力偏高，尤其是在泵特性曲线陡峭的情况下

-  部分负载运行时泵效率低

-  部分负载运行时低功耗

-  多余扬程高时，可能控制不便

-  需提供节流阀

-  高度节流时，存在流动噪音高的危险

通过旁通管路调节流量

旁通管路与泵并联布置。因此，泵流量被分为流入系统的有用的流量和直接或间接返回泵入口侧的旁通流量（见图4）。通过控制阀改变旁通流量或旁通管路特性曲线从而改变有用的流量。泵本身在几乎相同的工作点运行，即在系统设计点，满负荷运行。

图4 - 旁通管路调节

图5 - 通过旁通管路调节的泵特性曲线

评价：

-  即使在部分负荷运行时也不会增加扬程

-  与节流相反，当流量被调节时，泵的压力保持不变

-  适用于低扬程、高流量的工况

-  非常适合满负荷运行

-  施工成本增加（旁路）

-  部分负载运行时功耗没有降低

-  部分负载运行时仍然存在多余的扬程

-  这种流量调节方法在能源使用方面不经济

通过泵的并联运行调节流量

如果泵如图6所示并联连接运行，则其总流量为各泵流量之和。并联特性曲线是通过将相同扬程的流量相加而得到的。

在工程实践中，应该考虑到随着流量的增加，系统阻力也会增加，因此，并联运行中的实际工作点也位于这一较高的压力水平。结果，流量的增加小于最初的预期。

图6 - 泵并联调节

图7 - 泵并联运行特性曲线

评价：

-  非常适合具有高静压头的平坦系统特性曲线

-  对部分负荷有很好的适应性

-  系统效率高

-  运行的低控制成本

-  由于具有多台泵（冗余）而具有高运行可靠性

-  施工成本增加（管道、阀门、泵、空间要求）

-  在不利的系统设计中，开关频率高

-  进口压力波动过大时会出现问题

通过转速的改变来调节流量

与前几节中提到的流量调节不同，连续转速的调节允许通过改变泵特性曲线来连续修改泵的输出以满足系统要求。如果流量线性增加，系统阻力（管道特性曲线）呈二次方增加。离心泵的工作方式类似，在流量线性增加和转速线性增加的情况下，所产生的扬程也呈二次方增加。由于这种关系，即使是相对较小的转速变化也涵盖了很宽的工作范围。根据相似定律，以下关系适用于离心泵（见图8）：

图8 - 不同转速下泵的特性曲线

在工程实践中，经常会发现（运行中）存在损耗需要可变节流或综合调节的系统。连续泵转速调节的任务是以尽可能低的转速（=成本）满足当前系统的需求。

图9 - 变速泵在不同系统特性曲线下的运行

评价：

-  避免过压

-  通过变频器软启动泵

-  保护（减少磨损）机械部件

-  节能

-  由于起动电流减少，电网负荷较低

-  生命周期成本下降

-  控制费用较高

并联运行与变速运行相结合的流量调节

将流量分成多台泵提供、用于需求大幅波动且必须满足以下要求的所有应用中：

-  功耗最小化

-  降低系统成本

-  符合最小泵流量

泵的输出与系统需求的第一次近似调整，通过并联运行进行。

然后，通过一台或多台离心泵的无级变速调节（微调）来实现的。

图10 - 并联+变速运行特性曲线

这种调节方式具有调节范围宽、开关频率低、节能等优点，在能源行业（如给水泵等）应用比较普遍，在此不再赘述。

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