浅谈离心泵的节能应用措施

黄永谋， 荆永昌

（1.南丹县南星冶金化工有限公司，广西南丹547200；2.北京京桥热电有限责任公司，北京100069）

离心泵在生产现场的应用非常广泛。尤其在火电厂中的各类辅助设备中，泵类设备占了绝大部分，而自身的用电量蕴藏着巨大的节能潜力。本人根据生产现场经验，介绍了离心泵的节能措施。

1 提高运行效率

水泵正常工作时的损失有容积损失、机械损失和水力损失等。如果要提高泵自身效率需要从容积效率、机械效率和水力效率这3个方面考虑。

1.1 提高水力效率，减小水力损失

影响泵效率最主要的因素是水力损失，在各部位的水力损失中，叶轮内的水力损失最大，占全部水力损失的一半左右；其次是导叶转弯处的水力损失，占全部水力损失的1／4左右，而剩下的1／4水力损失，主要集中在叶轮到导叶、导叶扩散部分、反导叶到叶轮入口等几个部位。针对这些因素，提高水利效率的措施包括：① 尽量在额定工况下工作；②装配叶轮出口中心与导叶进口中心要对正；③ 防止叶轮流道或壳体、导叶流道锈蚀；④ 输送清洁介质；⑤ 合理设计过流部件的几何形状。

1.2 提高容积效率，减小容积损失

离心泵的容积损失有密封环漏泄损失、平衡机构漏泄损失和级间漏泄损失。始终会有一部分液体从叶轮出口向叶轮入口漏泄，漏泄液体的能量全部用到克服密封环阻力上了，这就是密封环漏泄损失。由于在平衡机构两侧存在着压力差，因而也有一部分液体从高压区域向低压区域漏泄。平衡孔的漏泄会使水泵的效率降低5%左右。在涡壳式多级泵中，级间隔板两侧压力不等，因而也存在漏泄损失。只有降低这些损失，才能提高容积效率，达到节能效果。可采用的措施包括：① 在进口处装密封环（承磨环或口环）；② 密封环间隙要适当，磨损量超过标准后及时修补更新；③ 轴封处防止漏损过大；④ 平衡盘的轴向间隙过大后及时调整更换。

1.3 提高泵机械效率，降低泵机械损失

离心泵的机械损失有轴承、轴封摩擦损失和叶轮圆盘摩擦损失。当泵轴高速旋转时，其与轴承、轴封发生摩擦产生的损失为轴封摩擦损失。叶轮圆盘摩擦损失是离心泵叶轮在充满液体的泵壳内旋转，这时叶轮盖板外表面与液体发生相互摩擦，引起摩擦损失。针对这些损失，实际通常采用以下措施：① 减少轴承磨损，及时加注润滑油、更换不合适的轴承、校正泵轴；② 减少轴封处摩擦损失，填料松紧适当，液封流道畅通，尽量采用机械密封；③ 减少叶轮盖板、壳体内壁的表面粗糙度；④ 叶轮圆盘摩擦损失功率与叶轮、壳体间的间隙大小有关；⑤输送清洁介质防止叶轮锈蚀，减少圆盘摩擦损失；⑥ 回收一部分叶轮圆盘损失，采用开式泵腔。

2 合理选型

泵的合理选型对节能来说也是非常重要的。如果选型不当，没有余量，将不能满足工艺要求；余量过大将造成运行效率降低，浪费能源。选型合理可以使泵运行工况点经常保持在高效区。可以选择的内容主要有泵的型式、台数、规格、转速以及与之配套的原动机功率。选泵原则：① 需要满足生产实际需要的最大流量、最大扬程；② 正常运行工况点尽可能靠近设计工况点，效率最高；③ 优先选用结构简单、体积小、质量轻、高转速的泵；④ 设备的抗汽蚀性能要好，选用性能曲线没有“驼峰”的泵，否则运行工况点应处于驼峰区的右边，压能应低于零流量下对应压能[1]，方便同类设备投入并联运行；⑤ 特殊泵应特殊选择。

3 切割或加长叶轮

切割或加长叶轮是现场改造泵与风机最简便的一种方法。要想使泵的流量、扬程、功率降低，可叶轮外径切割；要想使流量、扬程、功率增加可接长叶轮外径。但都应以效率不致降低太多为原则来进行现场实际改造。切割时要注意泵的比转数。比转数ns＜60时，一般保留前后盖板只切割叶片而。高比转数离心泵，则将前后盖板切成不同的直径，这样可以使流动更加平衡。

图1为某泵在允许降低效率Δη范围内的切割，图中Ⅰ为切割前泵的特性曲线，AB是降低效率Δη范围内的工作段。Ⅱ为切割后泵的特性曲线，CD为切割后降低效率Δη范围内的工作段，ABCD围成的四边形为泵的工作范围。采用切割叶轮的方法，并在允许效率下降范围内，将该泵的应用范围从AB段扩大到了整个ABCD工作区。

图1 某泵的工作范围

4 调节电机转速

变频调速的基本原理是三相交流异步电动机的转速与电机的输入频率成正比[2]；因此，对于一台电机来说，通过改变它的运行频率就可以改变它的转速。凝泵电机接线方式如图2所示。

对于离心式水泵来说，由流体力学可知，其转速n与流量Q、扬程H以及轴功率P的关系为：

图2 凝泵电机接线

式中，Q1，Q2，Q3分别为水泵在n1，n2，n3转速时的流量；H1，H2，H3分别为水泵在n1，n2，n3转速时的扬程；P1，P2，P3分别为水泵在n1，n2，n3转速时的轴功率。由式（1）～（3）可知，水泵的Q与n成正比，H与n2成正比，P与n3成正比；因此，在满足生产要求的前提下，适当降低流量，保证一定的扬程，如图3所示，可获得可观的节能效果[3]。

图3 变频泵性能曲线

变频调速原理如图3所示。凝结水泵在转速分别为n1，n2，n3时，性能曲线为一组近似平行的曲线。n2＞n1＞n3时，随着转速的降低，扬程下降。每条性能曲线与管路特性曲线的交点为该转速下的实际工况点[4]。

5 优化泵运行方式

5.1 给水泵

对于给水泵的运行，可以优先运行效率较高的给水泵，尽量减少给水泵的启停操作，可适当降低给水系统压力，在保证系统运行安全的前提下，达到经济效益的提高。

5.2 循环水泵

可以根据现场实际情况确定出机组运行时的最佳真空。调节循环水泵运行台数，优化循环水系统的运行方式来实现最佳经济调度方案。在不影响真空前提下尽可能地节约电能，降低厂用电率。比较提高真空所取得的经济效益与泵增加的耗功来进行运行方式的优化。其他泵也可以参照这个思路进行运行方式优化。

6 运行注意事项

6.1 制定合理的转速调节范围

对于已经改为变频的电机，尽可能使电机调速范围在其额定转速的70%～100%，最低也不能低于额定转速的50%。因为当电机转速低于额定转速的40%～50%时，设备的效率会明显下降。

6.2 进行系统的平衡

当其中某台或某几台设备的转速比其他设备的转速低得过多时，由于管阻特性相同，可能会出现该设备工作不正常的情况[5]。这是因为根据流量要求，不同设备可能运行于不同的转速，即不同的工作点。为了避免这种不良情况，在进行系统设计时，务必要考虑系统的平衡问题。特别是在负载变动较大时，不应把调节过多地集中在某一个或某几个设备上，而要进行综合平衡处理。

7 结 语

通过设备运行方式改变、泵体改造和电机变频改造等方式达到预期的节能效果。离心泵节能的措施从设计配套、安装维修，到运行调度、试验分析和改造，每个环节都存在着许多节能潜力，需综合全面考虑，才能达到最大的节能效果。

[1] 徐宝仁.变频调速泵特性与节能的探讨[J].农业装备技术，2008，34（3）：31－33.

[2] 孙宏雁.高压变频技术在生产用水系统中的应用[J].一重技术，2008（1）：72－73.

[3] 郭立君.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2004.

[4] 杨乃乔.液力 调速 与节能 [J].节能与安 全，2008（6）：25－29.

[5] 关凡醒.现代泵技术手册[M].北京：北京宇航出版社，1995.