单台离心泵工况调节方式分析

（江汉大学机电与建筑学院，湖北 武汉 430056）

通常，在工艺设计和生产实践中，离心泵的流量和扬程可能会比管路中要求的偏大，或者由于生产任务、工艺要求发生变化，需对泵的运转流量进行调节，以保持较高的运转效率。事实上，离心泵在实际使用中工作点的选择也会直接影响用户的能耗和成本费用，因此，如何合理地调节离心泵的流量显得尤为重要。

离心泵流量的大小取决于工作点的位置，而工作点是由泵的特性曲线和管路特性曲线共同决定的，改变任何一条曲线都可以使其工作点发生转移，从而达到调节流量的目的。本文就改变离心泵流量的几种主要方法进行了分析和比较，以寻求较佳的流量调节方式。

1 改变管路特性曲线

1.1 节流调节

节流调节是在管路上安装节流部件（通常为阀门），通过改变阀门的开度来控制流量大小的调节方法，有入口节流调节和出口节流调节两种。入口节流调节由于易产生汽蚀现象，已很少采用。出口节流调节因简单易行成为离心泵常用的调节方法。节流调节实质上是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。如图1所示，泵特性曲线Q～H与管路特性曲线Q～h的交点M为阀门全开时泵的工作点。当出口阀关小时，管道局部阻力增加，管路特性曲线由Q～h变为（Q～h）1，泵的工作点转移至M1点，相应流量减少。阀门关得越小，流量也就越小。从图1可看出，以关小阀门来控制流量时，离心泵本身的供水能力不变，扬程特性不变，而管路特性随着阀门开度的改变而改变。这种方法操作简便，特别对比转数小的泵，其流量、扬程曲线较平坦，调节灵敏，调节时流量连续，可以在某一最大流量与零之间随意调节，且无需额外投资。但节流调节是人为增加阻力，造成扬程损失，能量利用率差，泵的效率也将随之下降，经济上不合理，工程应用中应尽量避免使用。

图1 出口节流调节

图2 旁路调节

1.2 旁路调节

旁路调节是将泵排出的液体，一部分通过旁路引入到其它装置或重新引回吸液池，从而使泵输送到装置的流量得到调节的方法。旁路调节实质上是通过改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。如图2所示，设主管路、旁路的管路特性分别为（Q～h）1、（Q～h）2，则并联后的管路特性为Q～h。当旁路调节阀完全关闭时，Q～H曲线与（Q～h）1曲线的交点为M1；旁路调节阀打开时，Q～H曲线与Q～h曲线的交点为M。按分支管路中求各管路流量的方法，过M点做水平线交（Q～h）1于A1点，交（Q～h）2于A2点，则通过主管路、旁路中的流量分别为QA1、QA2，主管路中的流量比关闭旁路阀时主管路中的流量小，所以，流量得到了调节。这种调节方法虽然操作中较为简单方便，但旁路中的流量仍需要消耗泵功，经济性较差。仅适宜比转数较大、扬程流量曲线较陡的情况采用。

2 改变泵特性曲线

2.1 变径调节

变径调节是采用切削叶轮直径来调节流量的调节方法。变径调节实质上是改变泵的特性曲线，因为当转速一定时，泵的压头、流量均和叶轮的直径有关。如图3所示，M为原工作点，当叶轮直径变为D1时，由泵的切割定律可知其特性曲线向左下方移动，新的工作点为M1，相应地流量减少。这种调节方法简便易行，在一定程度上解决了离心泵类型、规格的有限性与供水对象要求的多样性之间的矛盾，扩大了离心泵的使用范围，而且没有附加能量损失，经济性能较好。但是，切削叶轮属于不可逆过程，切削后再不能恢复其原有特性，因此其使用范围受到限制，仅适应于使流量变小、调节流量范围不大、需长期调节的场合，而不能作为实时调节使用，在实施时还需经过精确的计算和经济合理性的准确衡量。

图3 变径调节

图4 变级调节

叶轮直径的切削是有一定限度的，减小的幅度最好控制在20%以内，不能任意切小，否则将引起效率的降低。随着比转数的增大，切削量要随之减小。

2.2 变级调节

变级调节是通过抽取多级泵的叶轮数目来改变流量的调节方法。变级调节实质上也是改变泵的特性曲线。如图4所示，Q～H曲线为某多级泵的特性曲线，M为工作点，因为多级泵的总扬程等于各个叶轮单独工作时所产生的扬程之和，因此多级泵的Q～H曲线也由各个叶轮的Q～H曲线叠加而成，当抽取某一个或几个叶轮后，特性曲线变为（Q～H）1，工作点变为M1，流量得到了调节。多级泵抽取一级叶轮后，降低了泵的轴功率，需要电机输出的功率相应减少，可对电机实施减容措施，降低电机的能耗。

多级泵改变叶轮级数时，不能拆卸第一级叶轮，否则会导致吸入阻力增加，使泵的汽蚀性能恶化。拆除叶轮后还应注意叶轮的动平衡和轴向推力的平衡问题。由于只能拆除某整数个叶轮级数，只适用于工况相对固定的情况，使用范围受到很大的局限。

2.3 变速调节

变速调节是通过改变泵的转速来调节流量大小的调节方法。变速调节实质上是改变泵的特性曲线，当水泵的转速改变时，阀门开度保持不变（通常为最大开度），管路系统特性不变，而流量和扬程特性随之改变。如图5所示，M为离心泵的工作点，当转速降低至n1、n2时，流量与扬程近似地按比例定律变化，Q～H曲线向左下方移动，但Q～h曲线不变，即可得到不同的工作点，流量发生了变化。采用变速调节时，调节范围宽，调节效率高，调节方法简单，操作方便，便于实现自动调节，不会引起附加能量损失，与节流调节相比，其节能效果很突出，泵的工作效率更高，而且有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性。因此，变速调节是比较经济的，但是，采用变速调节投资较大，维护成本较高，当离心泵变速过大时会造成效率下降，超出泵的比例范围，因此不可能无限制地调速。

图5 变速调节

3 结论

离心泵的运行调节方式很多，其调节原理也不一样，传统的调节方式节流调节和旁路调节虽然会造成能量损失和浪费，且常常偏离泵的高效区，运行效率较低，但因其调节方法简单可靠、使用方便、投资低等优点，使其在一些简单场合仍不失为一种快速易行的流量调节方式；变径调节一般多用于清水泵，由于改变了泵的结构，通用性较差，使用受到限制；变速调节因其不会引起额外的水力损失，节能效果好、自动化程度高，可改变设备运行工况，提高设备的安全性，延长设备使用寿命，而越来越受到用户的青睐，有逐步取代其它调节方式的趋势，是一种较佳的离心泵流量调节方式。在实际应用时应从节能、投资额、可靠性和设备寿命等多方面加以考虑，在各种流量调节方法之中综合出最佳方案，确保离心泵的高效运行。