工业应用的泵类设备分为离心泵和往复泵。其中，离心泵占80%
。离心泵是基于离心泵翼轮旋转所产生的离心力来提高液体的压力（俗称压头）。转速越高，离心力越大，流体出口压力越高。随着出口阀开度增大，流量增大，流体的压力下降。按工作压力泵类设备可分为高压泵(>6MPa)
、中压泵(2
～6MPa)
和低压泵(
＜2MPa)
等。
图6-5 离心泵的工作特性
（a～a′是最高效率的工作点轨迹，n1>n2>n3>n4>n5）
①离心泵的工作特性。离心泵的压头H、流量Q和转速n之间的关系称为离心泵的工作特性，如图6-5所示。亦可表示为下列关系式：
H=kin2-k2Q2 (6-4)
式中，k1和k2是比例系数。离心泵输送液体，当出口阀关闭时，液体会在泵体内循环，这时，压头最大，而排出流量为零。泵将机械能转化为热能，使液体发热升温，因此，在泵运转后，应及时打开出口阀。
②管路特性。管路特性是管路系统中流体的流量与管路系统阻力的相互关系，如图6-6
所示。
图6-6 管路系统及其管路特性
图中，h1是液体提升高度所需的压头，即升扬高度。当设备安装位置确定后，该项恒定；hp是用于克服管路两端静压差所需的压头，即（p2-p1）/γ，γ是液体的重度。当设备压力稳定时，该项也变化不大。hf是用于克服管路摩擦损耗的压头，该项与流量平方值近似成比例；hv是控制阀两端的压降，当控制阀开度一定时，与流量平方值成比例，即该项与流量和阀门开度有关。因此，管路压头H与流量Q之间的关系如图实线所示，可表示为
H=h1+hp+hf+hv (6-5)
③离心泵的工作点。管路特性与离心泵工作特性的交点是离心泵的工作点，因此，离心泵的工作点与离心泵工作特性有关，还与管路系统的管路特性有关。
④离心泵的控制。通过下列控制方案可以改变离心泵的工作点，从而达到控制离心泵的排出量。
a．改变控制阀开度。从图6-6可见，改变控制阀开度，可直接改变液体的排出量。由于离心泵的汲入高度有限，控制阀如果安装在进口端，会出现气缚或汽蚀现象。气缚是由于进口压力过低，使液体部分汽化，气体膨胀使液体不能排送的现象；汽蚀是由于出口压力高于液体的蒸汽压，使气泡破裂或爆炸，造成对设备侵蚀的现象。因此，为防止气缚和汽蚀的发生，当采用控制阀直接节流的控制方案时，控制阀通常安装在检测元件的下游。
直接节流控制：该控制方案简单易行，适用于流量较小的场合，因总机械效率低，因此，不宜用于排出量低于正常值30%的场合。由于直接节流时，控制阀两端的压差随流量而变化，使流量大时，控制阀两端的压降降低。控制方案见图6-7(a)。
旁路控制：旁路控制方案如图6-7(b)所示，通过改变旁路控制阀的开度，控制实际排出量。该方案结构简单，控制阀口径相对较小。但由泵供给的能量消耗于控制阀旁路的那部分液体，因此总机械效率较低。
当流体黏度高或液体流量测量较困难，而管路阻力较恒定时，该控制方案可采用压力作为被控变量，稳定出口压力，间接控制流量。
图6-7
离心泵的直接节流和旁路控制方案
图6-8
离心泵的转速控制 b．改变泵的转速。如图6-8所示，改变泵的转速，使离心泵流量特性形状变化，可调节流量。这种控制方案需要改变泵的转速，可采用下列调速方法。
当电动机为原动机时，采用电动调速装置。
当汽轮机为原动机时，采用调节导向叶片角度或蒸汽流量。
采用变频调速器，或利用原动机与泵连接轴的变速器。
采用这种控制方案时，在液体输送管线上不需安装控制阀，因此不存在hv项的阻力损耗，机械效率较高。
⑤控制方案比较。表6-3显示三种不同控制方案的比较。泵类设备电动机轴功率计算公式如下：
式中，P是轴功率，kW;γ是裕量系数，一般可取1.1～1.2；ρ是液体密度，kg/m3；Q是流量，m3/min;H是扬程，m;ηp是泵效率，一般取0.6～0. 83。
表中，初始工作点为A点，假设其流量Q为10m3／h，压头H为10m。采用节流控制方案时，改变控制阀的开度，使管路特性改变。为使流量改变到7m3／h，需要提高压头到11. 8m。假设泵效率相同，则所需功率也可用P（功率）=Q（流量）×H（压头）描述。因此，节流控制方案所需功率为82.6。
采用旁路控制方案时，部分流量回流到入口，工作点从A移到C，部分能量（图中灰色部分）被消耗。类似地，旁路控制所需功率为89.7。
采用变频调速控制方案时，泵的工作特性改变，转速下降，工作点从A移到D。可见所需功率下降到45.5。上述计算假设各控制方案中，泵效率相同。因此，采用变频调速控制方案具有明显的节能效果。
表6-4是泵类设备不同实际扬程富裕量和不同实需流量富裕量下节能效果的比较。
表6-4
泵类设备不同实际扬程富裕量和不同实需流量富裕量下节能效果的比较
泵类设备的工作特性与风机类设备的工作特性类似，但管路特性与泵类设备的管路特性不同。区别是泵类设备输送的是液体，因此，泵负载的管路有垂直提升的扬程，即位能。这表示管路特性曲线上移，由于存在泵升扬程，因此，变频调速时，转速过低，产生的压力不足以克服垂直的位头，水泵就不能出水。因此，水泵的功率与转速关系曲线分为两段，出水转速以下，输入电功率由机械损耗、电动机和变频器损耗及水泵内部水流空转损耗组成，功率很低，随转速变化的幅度不大。出水转速以上，水流空转损耗变成管道损耗，产生的功率与转速间有近似立方关系。
图6-9
显示水泵转速和轴功率的关系。当泵升扬程降低时，产生的流量初始转速下降，B
点向左移动，在最高转速下位能功率下降，即曲线4
斜率变小，变得更平缓。
图6-9 离心泵转速和轴功率
⑥控制方案比较软件。一些变频器制造商开发了控制方案的比较软件，用于比较泵类设备的节能效果。下面是ABB公司的PumpSave软件介绍。
用户只需要根据图6-10输入有关数据，该软件就可提供有关比较结果。
用户可输入下列数据。
a．流体输送系统的流体密度、静压头。
b．泵的标称体积流量、标称压头、最大压头、泵效率、现有的控制方案（包括节流控制、开关控制和其他液压控制，例如涡流磁耦合驱动等）。
c．电动机的额定功率、供电电压、电动机效率。
d．操作数据：年运转时间、不同流率下的运转时间（用百分数表示）。
e．经济数据：采用的货币（约定为欧元）、能源价格（每kW·h）、投资费用、利率、使用寿命。
计算结果包括下列内容。
a．现有控制方案和采用变频调速控制方案的比较（每年的能源消耗及变频调速可节省的能量）。
图6-10 PumpSave软件的数据输入画面
b．由于节能而减少的二氧化碳排放量。
c．能源和环境：能耗图、节能百分数、全年能耗(kW·h)、全年节能(kW·h)、全年降低碳排放(kg)。
d．经济数据：全年节省的费用、回收期、净现价。
输入数据除可采用SI制单位外，也可采用英制单位。
不同控制方案的计算公式如下（采用SI制单位）。
本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请
点击举报。
