淺談離心泵的節能應用措施

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任公司，北京100069）

離心泵在生產現場的應用非常廣泛。尤其在火電廠中的各類輔助設備中，泵類設備占了絕大部分，而自身的用電量蘊藏著巨大的節能潛力。本人根據生產現場經驗，介紹了離心泵的節能措施。

1 提高運行效率

水泵正常工作時的損失有容積損失、機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、機械效率和水力效率這3個方面考慮。

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，葉輪內的水力損失最大，占全部水力損失的一半左右；其次是導葉轉彎處的水力損失，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葉、導葉擴散部分、反導葉到葉輪入口等幾個部位。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葉進口中心要對正；③ 防止葉輪流道或殼體、導葉流道銹蝕；④ 輸送清潔介質；⑤ 合理設計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漏泄損失、平衡機構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阻力上了，這就是密封環漏泄損失。由于在平衡機構兩側存在著壓力差，因而也有一部分液體從高壓區域向低壓區域漏泄。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，達到節能效果。可采用的措施包括：① 在進口處裝密封環（承磨環或口環）；② 密封環間隙要適當，磨損量超過標準后及時修補更新；③ 軸封處防止漏損過大；④ 平衡盤的軸向間隙過大后及時調整更換。

1.3 提高泵機械效率，降低泵機械損失

離心泵的機械損失有軸承、軸封摩擦損失和葉輪圓盤摩擦損失。當泵軸高速旋轉時，其與軸承、軸封發生摩擦產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旋轉，這時葉輪蓋板外表面與液體發生相互摩擦，引起摩擦損失。針對這些損失，實際通常采用以下措施：① 減少軸承磨損，及時加注潤滑油、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，液封流道暢通，盡量采用機械密封；③ 減少葉輪蓋板、殼體內壁的表面粗糙度；④ 葉輪圓盤摩擦損失功率與葉輪、殼體間的間隙大小有關；⑤輸送清潔介質防止葉輪銹蝕，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

泵的合理選型對節能來說也是非常重要的。如果選型不當，沒有余量，將不能滿足工藝要求；余量過大將造成運行效率降低，浪費能源。選型合理可以使泵運行工況點經常保持在高效區。可以選擇的內容主要有泵的型式、臺數、規格、轉速以及與之配套的原動機功率。選泵原則：① 需要滿足生產實際需要的最大流量、最大揚程；② 正常運行工況點盡可能靠近設計工況點，效率最高；③ 優先選用結構簡單、體積小、質量輕、高轉速的泵；④ 設備的抗汽蝕性能要好，選用性能曲線沒有“駝峰”的泵，否則運行工況點應處于駝峰區的右邊，壓能應低于零流量下對應壓能[1]，方便同類設備投入并聯運行；⑤ 特殊泵應特殊選擇。

3 切割或加長葉輪

切割或加長葉輪是現場改造泵與風機最簡便的一種方法。要想使泵的流量、揚程、功率降低，可葉輪外徑切割；要想使流量、揚程、功率增加可接長葉輪外徑。但都應以效率不致降低太多為原則來進行現場實際改造。切割時要注意泵的比轉數。比轉數ns＜60時，一般保留前后蓋板只切割葉片而。高比轉數離心泵，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范圍內的工作段。Ⅱ為切割后泵的特性曲線，CD為切割后降低效率Δη范圍內的工作段，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，將該泵的應用范圍從AB段擴大到了整個ABCD工作區。

圖1 某泵的工作范圍

4 調節電機轉速

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

對于離心式水泵來說，由流體力學可知，其轉速n與流量Q、揚程H以及軸功率P的關系為：

圖2 凝泵電機接線

式中，Q1，Q2，Q3分別為水泵在n1，n2，n3轉速時的流量；H1，H2，H3分別為水泵在n1，n2，n3轉速時的揚程；P1，P2，P3分別為水泵在n1，n2，n3轉速時的軸功率。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，在滿足生產要求的前提下，適當降低流量，保證一定的揚程，如圖3所示，可獲得可觀的節能效果[3]。

圖3 變頻泵性能曲線

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

5 優化泵運行方式

5.1 給水泵

對于給水泵的運行，可以優先運行效率較高的給水泵，盡量減少給水泵的啟停操作，可適當降低給水系統壓力，在保證系統運行安全的前提下，達到經濟效益的提高。

5.2 循環水泵

可以根據現場實際情況確定出機組運行時的最佳真空。調節循環水泵運行臺數，優化循環水系統的運行方式來實現最佳經濟調度方案。在不影響真空前提下盡可能地節約電能，降低廠用電率。比較提高真空所取得的經濟效益與泵增加的耗功來進行運行方式的優化。其他泵也可以參照這個思路進行運行方式優化。

6 運行注意事項

6.1 制定合理的轉速調節范圍

對于已經改為變頻的電機，盡可能使電機調速范圍在其額定轉速的70%～100%，最低也不能低于額定轉速的50%。因為當電機轉速低于額定轉速的40%～50%時，設備的效率會明顯下降。

6.2 進行系統的平衡

當其中某臺或某幾臺設備的轉速比其他設備的轉速低得過多時，由于管阻特性相同，可能會出現該設備工作不正常的情況[5]。這是因為根據流量要求，不同設備可能運行于不同的轉速，即不同的工作點。為了避免這種不良情況，在進行系統設計時，務必要考慮系統的平衡問題。特別是在負載變動較大時，不應把調節過多地集中在某一個或某幾個設備上，而要進行綜合平衡處理。

7 結 語

通過設備運行方式改變、泵體改造和電機變頻改造等方式達到預期的節能效果。離心泵節能的措施從設計配套、安裝維修，到運行調度、試驗分析和改造，每個環節都存在著許多節能潛力，需綜合全面考慮，才能達到最大的節能效果。

[1] 徐寶仁.變頻調速泵特性與節能的探討[J].農業裝備技術，2008，34（3）：31－33.

[2] 孫宏雁.高壓變頻技術在生產用水系統中的應用[J].一重技術，2008（1）：72－73.

[3] 郭立君.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 楊乃喬.液力 調速 與節能 [J].節能與安 全，2008（6）：25－29.

[5] 關凡醒.現代泵技術手冊[M].北京：北京宇航出版社，1995.