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工業(yè)應(yīng)用的泵類設(shè)備分為離心泵和往復(fù)泵。其中，離心泵占80%。離心泵是基于離心泵翼輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力來(lái)提高液體的壓力（俗稱壓頭）。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，流體出口壓力越高。隨著出口閥開度增大，流量增大，流體的壓力下降。按工作壓力泵類設(shè)備可分為高壓泵(>6MPa)、中壓泵(2～6MPa)和低壓泵(＜2MPa)等。
 圖6-5 離心泵的工作特性
（a～a′是最高效率的工作點(diǎn)軌跡，n1>n2>n3>n4>n5）
①離心泵的工作特性。離心泵的壓頭H、流量Q和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系稱為離心泵的工作特性，如圖6-5所示。亦可表示為下列關(guān)系式：
H=kin2-k2Q2 (6-4)
式中，k1和k2是比例系數(shù)。離心泵輸送液體，當(dāng)出口閥關(guān)閉時(shí)，液體會(huì)在泵體內(nèi)循環(huán)，這時(shí)，壓頭最大，而排出流量為零。泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，使液體發(fā)熱升溫，因此，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，應(yīng)及時(shí)打開出口閥。
②管路特性。管路特性是管路系統(tǒng)中流體的流量與管路系統(tǒng)阻力的相互關(guān)系，如圖6-6所示。
 圖6-6 管路系統(tǒng)及其管路特性
圖中，h1是液體提升高度所需的壓頭，即升揚(yáng)高度。當(dāng)設(shè)備安裝位置確定后，該項(xiàng)恒定；hp是用于克服管路兩端靜壓差所需的壓頭，即（p2-p1）/γ，γ是液體的重度。當(dāng)設(shè)備壓力穩(wěn)定時(shí)，該項(xiàng)也變化不大。hf是用于克服管路摩擦損耗的壓頭，該項(xiàng)與流量平方值近似成比例；hv是控制閥兩端的壓降，當(dāng)控制閥開度一定時(shí)，與流量平方值成比例，即該項(xiàng)與流量和閥門開度有關(guān)。因此，管路壓頭H與流量Q之間的關(guān)系如圖實(shí)線所示，可表示為
H=h1+hp+hf+hv (6-5)
③離心泵的工作點(diǎn)。管路特性與離心泵工作特性的交點(diǎn)是離心泵的工作點(diǎn)，因此，離心泵的工作點(diǎn)與離心泵工作特性有關(guān)，還與管路系統(tǒng)的管路特性有關(guān)。
④離心泵的控制。通過(guò)下列控制方案可以改變離心泵的工作點(diǎn)，從而達(dá)到控制離心泵的排出量。
a．改變控制閥開度。從圖6-6可見(jiàn)，改變控制閥開度，可直接改變液體的排出量。由于離心泵的汲入高度有限，控制閥如果安裝在進(jìn)口端，會(huì)出現(xiàn)氣縛或汽蝕現(xiàn)象。氣縛是由于進(jìn)口壓力過(guò)低，使液體部分汽化，氣體膨脹使液體不能排送的現(xiàn)象；汽蝕是由于出口壓力高于液體的蒸汽壓，使氣泡破裂或爆炸，造成對(duì)設(shè)備侵蝕的現(xiàn)象。因此，為防止氣縛和汽蝕的發(fā)生，當(dāng)采用控制閥直接節(jié)流的控制方案時(shí)，控制閥通常安裝在檢測(cè)元件的下游。
直接節(jié)流控制：該控制方案簡(jiǎn)單易行，適用于流量較小的場(chǎng)合，因總機(jī)械效率低，因此，不宜用于排出量低于正常值30%的場(chǎng)合。由于直接節(jié)流時(shí)，控制閥兩端的壓差隨流量而變化，使流量大時(shí)，控制閥兩端的壓降降低?？刂品桨敢?jiàn)圖6-7(a)。
旁路控制：旁路控制方案如圖6-7(b)所示，通過(guò)改變旁路控制閥的開度，控制實(shí)際排出量。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制閥口徑相對(duì)較小。但由泵供給的能量消耗于控制閥旁路的那部分液體，因此總機(jī)械效率較低。
當(dāng)流體黏度高或液體流量測(cè)量較困難，而管路阻力較恒定時(shí)，該控制方案可采用壓力作為被控變量，穩(wěn)定出口壓力，間接控制流量。
 圖6-7 離心泵的直接節(jié)流和旁路控制方案
 圖6-8 離心泵的轉(zhuǎn)速控制 b．改變泵的轉(zhuǎn)速。如圖6-8所示，改變泵的轉(zhuǎn)速，使離心泵流量特性形狀變化，可調(diào)節(jié)流量。這種控制方案需要改變泵的轉(zhuǎn)速，可采用下列調(diào)速方法。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí)，采用電動(dòng)調(diào)速裝置。
當(dāng)汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí)，采用調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片角度或蒸汽流量。
采用變頻調(diào)速器，或利用原動(dòng)機(jī)與泵連接軸的變速器。
采用這種控制方案時(shí)，在液體輸送管線上不需安裝控制閥，因此不存在hv項(xiàng)的阻力損耗，機(jī)械效率較高。
⑤控制方案比較。表6-3顯示三種不同控制方案的比較。泵類設(shè)備電動(dòng)機(jī)軸功率計(jì)算公式如下：
 (6-6) 式中，P是軸功率，kW;γ是裕量系數(shù)，一般可取1.1～1.2；ρ是液體密度，kg/m3；Q是流量，m3/min;H是揚(yáng)程，m;ηp是泵效率，一般取0.6～0. 83。
表6-3 離心泵三種控制方案的比較
 表中，初始工作點(diǎn)為A點(diǎn)，假設(shè)其流量Q為10m3／h，壓頭H為10m。采用節(jié)流控制方案時(shí)，改變控制閥的開度，使管路特性改變。為使流量改變到7m3／h，需要提高壓頭到11. 8m。假設(shè)泵效率相同，則所需功率也可用P（功率）=Q（流量）×H（壓頭）描述。因此，節(jié)流控制方案所需功率為82.6。
采用旁路控制方案時(shí)，部分流量回流到入口，工作點(diǎn)從A移到C，部分能量（圖中灰色部分）被消耗。類似地，旁路控制所需功率為89.7。
采用變頻調(diào)速控制方案時(shí)，泵的工作特性改變，轉(zhuǎn)速下降，工作點(diǎn)從A移到D?？梢?jiàn)所需功率下降到45.5。上述計(jì)算假設(shè)各控制方案中，泵效率相同。因此，采用變頻調(diào)速控制方案具有明顯的節(jié)能效果。
表6-4是泵類設(shè)備不同實(shí)際揚(yáng)程富裕量和不同實(shí)需流量富裕量下節(jié)能效果的比較。
表6-4 泵類設(shè)備不同實(shí)際揚(yáng)程富裕量和不同實(shí)需流量富裕量下節(jié)能效果的比較
 泵類設(shè)備的工作特性與風(fēng)機(jī)類設(shè)備的工作特性類似，但管路特性與泵類設(shè)備的管路特性不同。區(qū)別是泵類設(shè)備輸送的是液體，因此，泵負(fù)載的管路有垂直提升的揚(yáng)程，即位能。這表示管路特性曲線上移，由于存在泵升揚(yáng)程，因此，變頻調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速過(guò)低，產(chǎn)生的壓力不足以克服垂直的位頭，水泵就不能出水。因此，水泵的功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線分為兩段，出水轉(zhuǎn)速以下，輸入電功率由機(jī)械損耗、電動(dòng)機(jī)和變頻器損耗及水泵內(nèi)部水流空轉(zhuǎn)損耗組成，功率很低，隨轉(zhuǎn)速變化的幅度不大。出水轉(zhuǎn)速以上，水流空轉(zhuǎn)損耗變成管道損耗，產(chǎn)生的功率與轉(zhuǎn)速間有近似立方關(guān)系。
圖6-9顯示水泵轉(zhuǎn)速和軸功率的關(guān)系。當(dāng)泵升揚(yáng)程降低時(shí)，產(chǎn)生的流量初始轉(zhuǎn)速下降，B點(diǎn)向左移動(dòng)，在最高轉(zhuǎn)速下位能功率下降，即曲線4斜率變小，變得更平緩。
 圖6-9 離心泵轉(zhuǎn)速和軸功率
⑥控制方案比較軟件。一些變頻器制造商開發(fā)了控制方案的比較軟件，用于比較泵類設(shè)備的節(jié)能效果。下面是ABB公司的PumpSave軟件介紹。
用戶只需要根據(jù)圖6-10輸入有關(guān)數(shù)據(jù)，該軟件就可提供有關(guān)比較結(jié)果。
用戶可輸入下列數(shù)據(jù)。
a．流體輸送系統(tǒng)的流體密度、靜壓頭。
b．泵的標(biāo)稱體積流量、標(biāo)稱壓頭、最大壓頭、泵效率、現(xiàn)有的控制方案（包括節(jié)流控制、開關(guān)控制和其他液壓控制，例如渦流磁耦合驅(qū)動(dòng)等）。
c．電動(dòng)機(jī)的額定功率、供電電壓、電動(dòng)機(jī)效率。
d．操作數(shù)據(jù)：年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、不同流率下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（用百分?jǐn)?shù)表示）。
e．經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：采用的貨幣（約定為歐元）、能源價(jià)格（每kW·h）、投資費(fèi)用、利率、使用壽命。
計(jì)算結(jié)果包括下列內(nèi)容。
a．現(xiàn)有控制方案和采用變頻調(diào)速控制方案的比較（每年的能源消耗及變頻調(diào)速可節(jié)省的能量）。
 圖6-10 PumpSave軟件的數(shù)據(jù)輸入畫面
b．由于節(jié)能而減少的二氧化碳排放量。
c．能源和環(huán)境：能耗圖、節(jié)能百分?jǐn)?shù)、全年能耗(kW·h)、全年節(jié)能(kW·h)、全年降低碳排放(kg)。
d．經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：全年節(jié)省的費(fèi)用、回收期、凈現(xiàn)價(jià)。
輸入數(shù)據(jù)除可采用SI制單位外，也可采用英制單位。
不同控制方案的計(jì)算公式如下（采用SI制單位）。
a．泵驅(qū)動(dòng)：
 (6-7) b．變頻控制：
 (6-8) c．節(jié)流控制：
(6-9) d．開關(guān)控制：
(6-10) e．液壓控制：
(6-11) |
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來(lái)自： 草木青青33 > 《化工/設(shè)備/電腦》
