1 引言

泵是耗能大戶。據專家估計, 約占世界總能耗的20%。在石油和化工工業中更分別高達59%和26%。因此，泵的節能是一項意義深遠、潛力巨大、經濟效益和社會效益十分顯著的大事。過去, 離心泵的調節, 普遍采用閥門控制和啟閉旁通等方法, 能量損失很大。隨著變頻技術工業應用的發展, 變速調節不僅方便, 而且經濟上也呈現合理。特別是能將特性曲線儲存起來, 并用變頻器按生產要求進行調節的新一代智能泵的出現, 將離心泵的調節帶入了現代化的模式。許多企業包括個人都在積極地、有深度地促進著它的發展。離心泵是廣泛應用于化工工業系統的一種通用流體機械, 它具有性能適應范圍廣(包括流量、壓頭及對輸送介質性質的適應性)、體積小、結構簡單、操作容易、操作費用低等諸多優點。通常，所選離心泵的流量、壓頭可能會和管路中要求的不一致，或由于生產任務、工藝要求發生變化，此時都要求對泵進行流量調節，實質是改變離心泵的工作點。離心泵的工作點是由泵的特性曲線和管路系統特性曲線共同決定的，因此，改變任何一個的特性曲線都可以達到流量調節的目的。

目前，作為離心泵節能的措施，提高離心泵本身的性能無疑是必要的，要改善機械設備的效率、提高其可靠性和擴大其高效率等方面已作了巨大的努力，不能期望在性能上有大的突破。但是，在離心泵的運行方面，卻存在著較大的節能潛力。離心泵的流量調節方式主要有調節閥控制、變頻調速控制以及泵的并、串聯調節等。由于各種調節方式的原理不同，除有自己的優缺點外，造成的能量損耗也不一樣，為了尋求比較佳、能耗比較小、比較節能的流量調節方式，必須全面地了解離心泵的流量調節方式與能耗之間的關系。選擇比較能節能的控制模式。

2 離心泵調節方式

2.1 改變管路特性曲線

離心泵在機械制造時, 按充分滿足額定性能進行設計，使用者在選用時考慮管路阻力、流量變化都留有余地, 結果采用了大容量設備, 運行中用關小調節閥來調節流量。
使用比較簡單的方法就是利用泵出口閥門的開度來控制, 其實質是改變管路特性曲線的位置來改變泵的工作點。如圖1所示, 設離心泵的實際壓頭為ha, 管路損失為h1, 離心泵在泵特性曲線h和管路特性曲線r的交點(qn, ha)處運轉。現在, 為把流量調節q1, 關小出口閥，閥門損失為hv, 則管路曲線變陡, 變成r′, 工作點變為b(q1,hb)。可見采用閥門調節流量方法簡單, 流量可以連續變化, 但能量損失較大。

圖1 閥門調節曲線

2.2 改變離心泵特性曲線

根據比例定律和切割定律，改變泵的轉速、改變泵結構(如切削葉輪外徑法等)兩種方法都能改變離心泵的特性曲線，從而達到調節流量(同時改變壓頭)的目的。但是對于已經工作的泵，改變泵結構的方法不太方便，并且由于改變了泵的結構，降低了泵的通用性，盡管它在某些時候調節流量經濟方便[1]，在生產中也很少采用。這里僅分析改變離心泵的轉速調節流量的方法。從圖2中分析，當改變泵轉速調節流量從qn下降到q1時，泵的轉速(或電機轉速)從n下降到n'，泵特性曲線h'，工作點由a移到c。在轉速變化小于20%時，離心泵的流量與轉速成正比，軸功率與轉速的立方成正比，即
q′=(n′/n)q; h′=(n′/n)2h; n′=(n′/n)3n
用轉速調節法，軸功率由na減少到nc，此調節方法調節效果明顯、快捷、安全可靠，可以延長泵使用壽命，節約電能，另外降低轉速運行還能有效的降低離心泵的汽蝕余量npshr，使泵遠離汽蝕區，減小離心泵發生汽蝕的可能性。
2.3 泵的串、并連調節方式
當單臺離心泵不能滿足輸送任務時，可以采用離心泵的并聯或串聯操作。用兩臺相同型號的離心泵并聯，雖然壓頭變化不大，但加大了總的輸送流量，并聯泵的總效率與單臺泵的效率相同;離心泵串聯時總的壓頭增大，流量變化不大，串聯泵的總效率與單臺泵效率相同。

3 不同調節方式下泵的能耗分析

在對不同調節方式下的能耗分析時, 僅針對目前廣泛采用的閥門調節和泵變轉速調節兩種調節方式加以分析。由于離心泵的并、串聯操作目的在于提高壓頭或流量, 在化工領域運用不多, 其能耗可以結合圖2進行分析, 方法基本相同。

圖2 轉速調節性能曲線圖

3.1 閥門調節流量時的功耗
離心泵運行時，電動機輸入泵軸的功率n為:
n＝vqh／η
式中: n—軸功率，w;
h—泵的有效壓頭，m;
q—泵的實際流量，m3/s;
v—流體比重，kg/m3;
η—泵的效率。
當用閥門調節流量從qn到q1，在工作點b消耗的軸功率為:
nb＝vq1h1／η
式中: vqnhv—實際有用功率，w;
vq1(h1-hv)—閥門上損耗得功率，w;
vq1h1(1/η-1)—離心泵損失的功率，w。

3.2 變速調節流量時的功耗
在進行變速分析時因要用到離心泵的比例定律, 根據其應用條件, 以下分析均指離心泵的變速范圍在±20%內, 且離心泵本身效率的變化不大[3]。用電動機變速調節流量到流量q1時, 在工作點c泵消耗的軸功率為:
nc＝vq1hc／η
同樣經變換可得:
nc＝vq1hc＋vq1hc(1/η-1)
式中: vq1hc—實際有用功率，w;
vq1hc(1/η-1)—離心泵損失的功率，w。
用變頻調速法同出口閥調節法比較，可節省功率為:
δn=vq1(hb-hc)

4 結束語

對于目前離心泵通用的出口閥門調節和泵變頻調節兩種主要流量調節方式，泵變頻調速節約的能耗比出口閥門調節大得多，這點可以從兩者的功耗分析和功耗對比分析看出。通過離心泵的流量與揚程的關系圖，可以更為直觀的反映出兩種調節方式下的能耗關系。通過泵變速調節來減小流量還有利于降低離心泵發生汽蝕的可能性。當流量減小越大時，變速調節的節能效果也越大，即閥門調節損耗功率越大，但是，泵變速過大時又會造成泵效率降低，超出泵比例定律范圍，因此，在實際應用時應該從多方面考慮，在二者之間綜合出比較佳的流量調節方法。