離心泵并聯運行實驗研究及經濟性分析

崔泗波

(浙江大唐烏沙山發電有限責任公司,浙江寧波 315722)

離心泵并聯運行實驗研究及經濟性分析

崔泗波

(浙江大唐烏沙山發電有限責任公司,浙江寧波 315722)

本文通過分析泵的并聯運行現狀及其調節方式,進行了離心泵性能實驗和離心泵并聯及工況調節實驗,研究了分析離心泵并聯運行的特點。通過建立離心泵性能曲線及其管路特性曲線,確定了離心泵并聯運行時各種性能曲線的關系及不同調節方式下的運行工況點。實驗研究表明,在75%負荷時非共用管路調節比共用管路調節耗功量相對減少3%;而在50%負荷時通過單泵運行更加經濟;另外,方案二的研究表明,在85%負荷以上時,通過共用管路調節流量更為經濟。

離心泵 并聯運行 管路調節 經濟性分析

1 離心泵的性能實驗

水泵設計參數：流量20m3/h，揚程30.8m，轉速2900 r/min，許吸上真空高度7.2m，軸功率2.6Kw。

電動機參數：功率4.0kW，聯軸器傳動機械效率tm=98%；其中：h0+h2-h1=0.385m。對于1#實驗臺，H0=0.151m；2#實驗臺，H0=0.159m，離心式水泵的葉輪直徑為162mm，進、出口管路內徑均為50mm。除手持式轉速表與三角堰水位參數外，所有參數均已送入計算機。待測參數如下：

實驗待測參數：水泵轉矩M，水泵入口壓強p1′，水泵出口壓強p′2，渦輪流量計流量q，三角堰水位H。

實驗原理：通過改變離心泵出口節流閥開度的方法來調節水泵流量，使水泵運行于不同的工況點。相對于共用管路，并聯運行時各泵所產生的揚程均相等，總流量為并聯各泵的流量之和。與一臺泵單獨運行時相比，并聯運行時的總揚程和總流量均有所增加。實驗步驟：為了能準確地繪制出離心式水泵的性能曲線，應測出若干個工況點，每兩個工況點之間流量差值盡量保持一致；每調節一次閥門，同時記錄有關儀器、儀表的讀數，并將實驗數據記錄在中；各工況點測完后，即出口節流閥“完全關閉”后，停止水泵運轉。

2 實驗數據處理

繪制未進行調節時的并聯泵的性能曲線根據原始數據記錄表中的數據，由揚程計算公式可以計算出各個工況點下的揚程，將揚程的計算結果換算成額定轉速n0=2900r/min下的性能參數，由此，可以根據表中的流量-揚程的關系繪制出泵Ⅰ與Ⅱ的流量-揚程曲線圖。代入數據，可求得φ1值，然后將各個工況點的流量，可求出泵Ⅰ在不同流量時的阻力hw1，將泵Ⅰ在不同流量下的揚程值減除對應的阻力值，就可作出泵Ⅰ在包含非共用段下的揚程流量曲線。

同理可畫出泵Ⅱ在包含非共用段下的揚程流量曲線。在泵的并聯情況下，揚程不變，流量相加，我們做出泵的并聯曲線圖。已知，在兩臺泵并聯運行時，閥門全開未進行調節時，同樣由公式計算出在全負荷運行下揚程，qv，max由計算得出為40.83m3/h。這樣我們可以計算出在滿負荷流量下的φ值0.009。計算取不同的流量值，代入即計算出不同流量對應的Hc值，從而可作出此負荷下的管路特性曲線。這樣可以找到泵100%流量時的工作點。

(1)共用管路調節。對于共用管路調節在75%負荷時，此時流量為30.6m3/h。由計算得出泵Ⅰ和泵Ⅱ流量分別為14.689m3/h和15.85m3/h。在進行共用管路調節時，調節的總出口閥門的流量，在非共用段的管路沿程阻力幾乎不變，所以認為在進行共用管路調節時，非共用段的管路沿程阻力不發生變化，變的是并聯泵的管路特性曲線。畫出兩臺泵并聯時的并聯曲線。其次根據在為進行調節的曲線圖上找出離心泵并聯曲線上75%總流量時的工況點，根據Hc=Hst+，計算出在75%流量下的值0.03166。然后取幾個流量點，計算出對應的Hc，由此可以做出管路特性曲線。對于共用管路調節50%負荷時，此時流量為20.57m3/h，在進行共用管路調節時，調節的總出口閥門的流量，在非共用段的管路沿程阻力幾乎不變，所以認為在進行共用管路調節時，非共用段的管路沿程阻力不發生變化，變的是并聯泵的管路特性曲線。首先可以畫出兩臺泵并聯時的并聯曲線。其次根據在為進行調節的曲線圖上找出離心泵并聯曲線上50%總流量時的工況點，根據Hc=Hst+，計算出在50%流量下的φ值為0.0635。然后取幾個流量點，計算出對應的Hc，由此可以做出管路特性曲線。

(2)非共用管路調節。對于非共用管路調節75%負荷時，此次實驗，我們僅調節泵Ⅰ的出口閥門，使總流量為全負荷運行時的75%。此時，泵Ⅱ和全負荷運行時相同，而泵Ⅰ及其所在的管路發生了變化，但并聯運行的泵的揚程曲線幾乎不變。首先可以做出兩臺泵的原始性能曲線和泵Ⅱ包含非共用段阻力時候的泵的性能曲線及其管路特性曲線。而對于泵Ⅰ，由數據計算出此時流量為13.24m3/h，阻力hw為18.89m。由hw1=計算出此時φ為0.1077。然后將各個工況點的流量代入式hw1=，可求出泵Ⅰ在不同流量時的阻力hw1，將泵Ⅰ在不同流量下的揚程值減除對應的阻力值，就可作出泵Ⅰ在包含非共用段下的揚程流量曲線。對于非共用管路調節50%負荷時，此次實驗，我們完全關閉泵Ⅰ的出口閥門，這樣總流量即為為全負荷運行時的50%。此時，泵Ⅱ和全負荷運行時相同，我們可以畫出兩泵的原始性能曲線，和泵Ⅱ包含非共用段阻力時的性能曲線。而管路特性曲線則變為泵Ⅱ的管路特性曲線。由此，可以繪制出在不同負荷，不同調節方式下的泵的性能曲線和管路特性曲線。

3 數據結果處理分析

方案一：計算出泵Ⅰ和Ⅱ在不同流量下的效率和軸功率，計算出數據，根據對應的流量和效率、軸功率之間的關系，繪制出η-qv、Pe-qv曲線圖。

(1)對于共用路調節時：75%負荷：泵Ⅰ：從圖上讀出流量14.8m3/h、揚程31.5m、效率值64%，此次實驗用的流體為水，密度為103kg/m3，計算得出泵Ⅰ耗功為1.9829kW；泵Ⅱ：從圖表上讀出流量16m3/h、揚程30.5m、效率值62%，代入可求出泵Ⅱ耗功為2.1426kW，總功耗4.1255kW，從而可求出75%流量時共用管路調節兩泵耗功的總量為4.1255kW。

(2)對于非共用管路調節時：75%負荷，計算如下：泵Ⅰ：從圖表上讀出流量8m3/h、揚程32m、效率值47%，代入可求出泵Ⅰ耗功為1.4827kW；泵Ⅱ：從圖表上讀出流量22.5m3/h、揚程25.5m、效率值62%，代入可求出泵2耗功為2.5191kW；總功耗4.0018kW。從而可求出75%流量時非共用管路調節兩泵耗功的總量為4.0018kW。

(3)對于共用管路調節時：50%流量，計算如下：泵Ⅰ：從圖表上讀出流量8.5m3/h、揚程32.5m、效率值48%，代入公式，可求出泵Ⅰ耗功為1.5667kW；泵Ⅱ：從圖表上讀出流量11.2m3/h、揚程32m、效率值53%，代入公式可求出泵2耗功為1.8408kW；將兩泵耗功相加從而可求出50%流量時，總功耗3.4075kW。(4)對于非共用管路調節時，50%流量計算如下：泵Ⅰ：由于單開泵Ⅱ，泵Ⅰ流量為0，耗功為0。泵Ⅱ：從圖表上讀出流量20.3m3/h、揚程18m、效率值63%，代入公式可求出泵Ⅱ耗功為1.5788kW。

(5)耗功量比較：在75%負荷時，通過共用管路調節時系統所消耗的能量為4.1255kW，而通過非共用管路調節時系統所消耗的能量為4.0018kW，此時，兩種調節方式的所消耗能量0.1237Kw，相對功耗3%，所以在75%負荷時，通過非共用管路調節消耗的軸功率比較少，此時通過非共用管路調節比較經濟。在50%負荷時，通過共用管路調節時系統所需要的能量為3.4075kW，通過非共用管路調節時候，對于相同性能泵并聯運行時候，單臺泵已經能完全滿足其需求，而無需啟用兩臺泵并聯運行，所以單臺泵運行比較經濟。

方案二：從所做出的兩臺泵并聯運行時的實驗數據，可以計算出在不同流量下的軸功率，在對應的流量下計算出泵Ⅰ和泵Ⅱ的折算后的軸功率之和，繪制出再共用管路調節和非共用管路調節下對應的流量-軸功率曲線圖，由圖可以看出在75%負荷時，非共用管路調節時所消耗的軸功率為4.1kW而共用管路調節時所消耗的軸功率4.252kW，此時兩種調節方式所消耗能量的比較：絕對功耗0.152kW，相對功耗3.5%由以上比較可以得知，在75%負荷時，通過非共用管路調節消耗能量少，比較經濟；而從圖上可以看出在85%負荷的時候，兩條曲線有個交點，此時，通過共用管路調節和非共用管路調節所消耗的軸功率相同；在大于85%負荷時，通過共用管路調節比通過非共用管路調節系統要消耗的能量少。由此可以得之，如果需要的負荷量大于85%負荷，通過公用管路調節比較經濟，而當需要的負荷量小于85%負荷而小于50%負荷時通過進行非共用管路調節比較經濟，當系統需要的負荷量小于50%負荷時，此時，一臺泵可以滿足需求量，無需啟用兩臺泵并聯運行。

4 兩臺泵并聯運行經濟性分析

通過以上兩種方案的處理結果及其他們之間的比較可知，在75%負荷時，由方案一可以得知，非共用管路調節的耗功比共用管路的耗功量少3%，在這個流量點時，采用非共用調節比共用調節更加經濟，在由方案二可以得知，非共用管路調節的耗功量比共用管路調節的耗功量少3.5%，同樣在這個流量點采用非共用調節比共用調節更加經濟；在50%負荷時，由方案一分析，單臺泵已經能夠滿足系統需求流量，而且比兩臺泵并聯運行時采用共用管路調節和非共用管路調節任何一種運行狀況耗功都要少，所以在50%負荷工況點采用單泵運行更經濟，由方案二分析，此時單泵運行所消耗的軸功率同樣小于共用管路調節時所消耗的軸功率；因此可以得知，對于兩臺泵運行經濟性分析采用上述兩種方案分析結果一致，此次處理方案是合理的。

另外，由方案二分析可以得知，對于兩臺離心泵的并聯運行，當需求的負荷量在系統所能提供的負荷量85%以上時，通過共用管路調節比通過非共用管路調節系統所消耗的軸功率要少，也就是說，在這種情況下，我們可以采用共用管路調節管路系統，此時最經濟；而當需求的負荷量在系統所能提供的負荷量85%以下，在系統所能提供的負荷量50%以上時，采用非共用管路調節管路系統，此時消耗的軸功率較少，也就是說，在這種情況下，我們可以采用非共用管路調節管路系統，此時最經濟；當需求的負荷量在系統所能提供的負荷量50%及其以下時，單臺泵運行足以提供所需求的負荷量，如果同時采用兩臺泵的并聯運行，其中一臺泵關閉，而另一臺泵運行，此時關閉的一臺泵雖然不提供流體，但是泵的運轉仍然需要能量來維持，此時不夠經濟，因此，當需求量在50%及其以下時，不需要進行泵的并聯運行來提供負荷，只需要單臺泵的運行比較經濟，此時經濟性最高。

5 結語

離心泵機組采用并聯形式時，并聯的數量不宜過多，最好選取兩臺即可，一般不應超過四臺，否則不利于提高泵的效率；離心泵機組并聯使用時，可能只有一臺離心泵發揮作用，而其它的離心泵則不參加供液，白白消耗了能源。

在本文中，采用相同性能的兩臺泵并聯運行進行研究，采用了共用管路調節和非共用管路調節的兩種方式進行研究，通過兩種方案分析比較了并聯運行的泵在50%和75%負荷時的經濟性。由以上方案結果分析得知，在75%負荷時，非共用管路調節比較經濟；在50%負荷時，使用單泵調節即可滿足系統需求。綜上分析結果，對于兩臺離心泵的并聯運行，當需求的負荷量在系統所能提供的負荷量85%以上時，我們可以采用共用管路調節管路系統，此時最經濟；當需求的負荷量在系統所能提供的負荷量85%以下，50%以上時，我們可以采用非共用管路調節管路系統，此時最經濟；當需求的負荷量在系統所能提供的負荷量50%及其以下時，只需要單臺泵的運行比較經濟，此時經濟性最高。

本課題通過計算比較了相同性能泵并聯運行時不同調節方式時及其所帶負荷變化時的經濟性。本文的研究對大多數給水泵站及其供水系統的運行方式的經濟性運行具有參考意義。

(編者注：原始實驗數據，圖紙及其計算過程予以保留，如若需要參考請向作者索取)

[1]楊志紅.離心泵并聯運行工況分析[J].安徽科技,2005.

[2]曹忠輝.同型號離心泵并聯運行性能測試探討[J].排灌機械, 2001.

[3]張言禾,王濤,劉菡,滿林.離心泵并聯運行工況點的數值求解[J].西北水電,2006.

[4]把多鐸,楊建國,王立青.水泵并聯運行工作點確定方法的研究[J].西北農林科技大學學報,2004.

[5]張敦輝.離心泵調節方式與能耗分析[J].經濟技術協作信息,2008.

[6]呂玉坤,葉學民,李春曦,丁千玲,楊陽.流體力學與泵與風機實驗指導書[M].北京:中國電力出版社,2008(8)．