离心水泵的运行特点与节能技术

离心水泵的运行特点与节能技术

李鸿勋

李鸿勋

陕西榆林凯越煤化有限责任公司陕西省榆林市719000

摘要：概述离心水泵节能存在的潜力，通过对离心水泵内部损失分析，不同调节手段对比分析，提出从离心水泵安装、运行保养、维修以及运行调节等方面实现离心水泵经济运行，以达到节能的目的。

关键词：离心水泵损失调节节能

水泵机组是供水系统中最主要的耗能设备。据统计，2012年水处理车间水泵机组所消耗电能在制水成本总耗电中约占85%。因此，挖掘水泵机组节能潜力，降低运行中的损耗，可以提高供水的经济效益。

一、现状

根据权威机械杂志评论，我国泵类产品性能与世界上先进国家相比有相当大的差距。许多五、六十年代的泵产品仍在生产制造使用，水泵的能量指标相差在5%-10%左右。如水处理车间广泛使用的Sh型水泵是五十年代从原苏联的II泵改型演变过来的，目前仍在大批量生产制造。在实际使用中，由于具体选型和使用不当，水泵运行效率往往远低于产品样本给定值。如在保养、维修中方法不当造成水泵运行各种损耗过大；水泵在运行中调节手段单一，阀门调节是现在使用最频繁的调节方法，这种调节方法是以消耗能源来换取满足供水的需求，最终结果是部分能源被消耗做了无用功。所以在目前这种状况下，通过采取各种方法提高离心水泵的使用保养、维修质量，改变离心水泵的运行调节方式，使水泵机组运行能比较接近设计高效工况点，从而达到节能的目的。

二、提高水泵运行效率

离心水泵内损失包括三种，即机械损失、容积损失和水力损失。其中机械损失又分为：轴承摩擦损失、轴封装置摩擦损失及叶轮圆盘摩擦损失。如图2-1所示。在水泵运行保养和维修过程中，可从减少这些损失入手，提高水泵效率。

图2—1泵内损失图

1、提高水泵的机械效率

⑴、降低轴承摩擦损失

轴承内的摩擦损失与负荷大小、旋转速度、轴承型式、润滑和冷却方式诸多因素有关。即使同一型号，相同负荷的轴承，安装质量不同，运行维护不同，其功率损失也不尽相同，因此，在实际运行中，严格把好质量验收关，按技术规程监视好轴承的润滑和冷却指标，对不合格的润滑油及时更换，这样，可减少轴承摩擦损失。

⑵、降低轴封装置摩擦损失

要大力推广使用无填料密封轴封装置，这种装置摩擦损失较小，维护量小。近几年此项技术日趋完善，在攀钢各厂矿得到广泛了使用。

对于由于输送介质不同还在使用的填料密封轴封装置，由于填料密封的功率损失与轴承的旋转速度、填料压盖的内径、填料的长度、厚度有关，在实际运行中，要着手降低填料密封损失。因此要正确加装盘根，严格控制盘根压盖松紧，降低轴与盘根表面的摩擦系数，降低轴封摩擦损失，加强维护管理，对已损坏的填料应及时更换，保证填料密闭良好的工作状态。

⑶、降低轮盘摩擦损失

轮盘摩擦损失是指叶轮在充满水的泵体内旋转时，叶轮外表与水的摩擦损失。轮盘损失与叶轮直径、水泵的转速、阻力系数等有关。在实际中，保持叶轮盖板、泵体内壁光滑，对降低轮盘损失，提高水泵效率有十分明显的效果。因此对泵体内壁、叶轮盖板上的垢体及时清除，对因气蚀、磨损等原因造成的泵壳内壁破坏及时修复、更换。

2、提高水泵的容积效率

由于水泵构造的需要，泵体内部有许多间隙，如密封环与泵体的间隙，填料装置中水封环处的间隙以及用于平衡轴向力的平衡孔（双吸泵无平衡孔）。当间隙两侧的压力不等时，水就从高压区流向低压区，过流部分的液体尽管在叶轮上获得了能量，但并未被利用，或者只是在泵内循环流动，或者流出泵体之外。这部分液体所获得的能量被间隙阻力或形成泵内循环所消耗，要想降低此能量损失应对间歇过大的密封环及时更换，调节好填料装置中水封环处的间隙。

3、提高水泵的水力效率

离心水泵的水力损失是由其过流部件上的摩擦阻力损失、局部水力损失、叶轮内的水力损失组成。粗糙的过流壁面会使水力损失和机械损失增加，效率降低。有关试验表明：铸铁泵体内壁的粗糙面涂漆后，水泵效率比未涂漆时的效率提高2%-4%；取水浮船曾经尝试过在泵体内涂抹环氧树脂，保持泵体内壁有良好的水力条件。叶轮盖板和泵体内壁过流部分的粗糙面用砂轮磨光后，水泵效率可提高2%-4%；对叶轮叶片打磨后，水泵效率可提高5%-6%。这种费工少、收效大的工作是值得提倡的。在水泵运行管理、维护中，对于因气蚀或泥沙摩擦使叶轮和泵壳变形的情况，应及时修补或更换。

三、叶轮车削

车削叶轮是一种简单又省钱的水泵节能措施，特别适宜泵站扬程变化小、但实际运行偏离水泵额定扬程甚远的离心水泵。切削应注意切削量太大会使水泵的效率下降。低比转数离心水泵切削后，应把叶片末端锉尖，可使水泵的流量和效率略有提高。水处理车间新五水站、焦化高质水站对叶轮车削都取得了不错的节能效果。

对于周期性用户造成泵站扬程变化较大，可准备几个大小不同的叶轮，随时更换，有利节能。

四、变速调节

当泵站扬程变化幅度较大，且多年的平均扬程与水泵额定扬程相差甚远，不宜采用切削叶轮的方法时，此时就要求对水泵进行调节，实质是改变离心水泵的工况点。离心水泵的工况点是由水泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何一个的特性曲线都可以达到调节的目的。目前，离心水泵的流量调节方式主要有调节阀门控制、变速控制以及泵的并、串联调节等。

对于目前离心水泵通用的出口阀门调节和变转速调节两种主要调节方式，变转速调节节约的能耗比出口阀门调节大得多，通过离心水泵的流量与扬程的关系图，可以直观的反映出两种调节方式下的能耗关系。也可以从两者的功耗分析和功耗对比分析得出。

图4—1为水泵阀门调节控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，管路曲线从1移到2，扬程则从Ha上升到Hb，运行工况点从a点移到b点。

图4—2为调速控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，由于管路曲线不变，泵的特性取决于转速。如果把速度n1降到n2，性能曲线由1变为2，运行工况点则从a点移到c点，扬程从Ha下降到Hc。

根据离心水泵的轴功率计算公式：

也就是说，用阀门控制流量时，有ΔN功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，由于流量Ｑ与转速n的一次方成正比；扬程Ｈ与转速n的平方成正比；轴功率N与转速n的立方成正比，即功率与转速n成３次方的关系下降。那么在输送同样流量的情况下，使用变速调节，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，取得良好的节能效果。而且通过泵变速调节来控制流量还有利于降低离心水泵发生汽蚀的可能性。

交流变频调速是水泵原动机交流电动机调速方法中最理想的方案，采用变频器对电动机进行调速来调节水泵流量的方法，对节约能源，提高经济效益具有重要意义。但是，由于各种原因，如变频器的价格、质量、容量等因素的约束，没有得到广泛应用。但随着该产业的迅猛发展，变频器的价格不断下降，可靠性的增强，容量的增大，变频调速会逐步得到推广。

结束语

离心水泵在实际使用中，要降低能耗是一项系统工作。应从水泵制造，泵站设计初期水泵选型，大小水泵的合理搭配，配用高效率电动机以及施工安装质量，再到投入使用后提高保养、维修质量，并针对供水负荷的变化推广水泵的变速调节，使水泵能运行在高效工况点附近，就完全可以降低水泵的能耗，达到节能的目的。

结束语：

离心泵是一种通用机械为了提高其使用性能，就需要相关人员结合离心泵的性能特点，对其进行不断的探索和研究，发现离心泵使用的内在规律，使其处在最佳工况下运行，为离心水泵安装、运行提供高效率和高质量的服务。

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