黄浩才

北海诚德镍业有限公司技术中心 

摘  要  目前我们公司循环水系统使用的100KW以上的大功率水泵主要是各种型号的离心泵，总用电量约占全厂用电量的10%以上，水泵的运行情况对于改善设备运行环境、降低设备维修率、节能降耗以至提高公司的经济效益具有深远而重大的影响。本文在对离心泵现场实际运行调查的基础上，分析了离心水泵运行工况，判断水泵的运行效率，提出了符合本厂离心水泵实际的工况调方法。

关键词  离心泵效率 特性曲线 工况调节 水泵节能 

水泵的种类繁多，结构各异，按工作原理可分为叶片泵、容积泵、喷射泵和电磁泵等类型。根据叶轮形式对液体作用力的不同，叶片式泵又分为离心泵、漩涡泵、混流泵以及轴流泵等，详见图1。

目前我们公司循环水系统使用的100KW以上的大功率水泵主要是各种型号的离心泵，总用电量约占全厂用电量的10%以上，而据有关资料统计，全国各类泵类负载的总耗电量占全国总发电量的1/3以上，因此，研究水泵尤其是离心泵的运行工况，通过各种技术方法使水泵运行在高效区，对于改善设备运行环境、降低设备维修率、节能降耗以至提高公司的经济效益具有深远而重大的影响。本文在对离心泵现场实际运行调查的基础上，分析了离心水泵运行工况，判断水泵的运行效率，提出了符合本厂离心水泵实际的工况调方法，这也是水泵的购置选型和节能改造工作前必须研究的问题。

1  离心泵的工作原理

电机带动叶轮，当叶轮转动促使介质快速旋转，介质在离心力的作用下从叶轮中飞出，泵内的水被甩出后，叶轮的中心部位形成真空。一边不停地吸入液体，一边又不停地传能量给吸入的液体，再将液体排出，离心泵便如此往复不停地工作。离心泵按结构形式不同又分为多种类型，但其基本原理是一样的，以下以一台典型的单级双吸离心泵为例来阐述离心泵的应用场合及一般结构，见图2。

2  离心泵的特性曲线分析

离心泵的有效压头H，轴功率N及效率η均与输液流量Q有关，均是离心泵的主要性能参数。虽然离心泵的理论压头与理论流量的关系有公式可算，但由于泵的水力损失难以定量计算，因而泵的这些参数之间的关系只能通过实验测定。离心泵出厂前均由制造商家通过实验测定H-Q、η-Q、N-Q等曲线以供用户参考。

各种型号的泵各有其特性曲线，形状基本上相同，都具有以下的共同点：

（1）H－Q曲线  表示泵的水头和流量的关系，其水头基本随流量的增大而降低。 

（2）N－Q曲线  表示泵的轴功率与流量的关系。离心泵的轴功率随流量增大而上升，流量为零时轴功率最小。

（3）η－Q曲线  表示离心泵的效率与流量的关系。从图示特性曲线看出，当Q=0时，η=0；随着流量的增大，离心泵的效率随之上升，并达到一最大值。以后流量再增大，效率就下降。

（4）Hf－Q曲线  表示管道的水头损失随管道流量的变化曲线，是一条凹向上的曲线。

离心泵的工况点是指离心泵运行时，把Q、H、N、n等各种参数绘成扬程曲线、功率曲线和效率曲线，所得的每一个具体的点就是离心泵的工况点。

离心泵在某个特定转速下有一个最高效率点，最高效率点对应的Q、H、N值称为最佳运行参数，该工况点就是最佳工况点，离心泵的铭牌上标出的性能参数就是指该泵在运行时效率最高点的状况参数。实际运行中，离心泵可能不是在最佳工况点，一般是在一个范围内，该范围就是离心泵的高效率区，通常为最高效率的90%左右。

除了离心泵本身的能力外，离心泵工况点的具体位置还与管路系统的布置以及水池的水位有关，水池水位状况一般不变，离心泵的实际工况点就由离心泵和管路系统的性能决定，即离心泵和管路系统两条特性曲线的相交点。

3  离心泵的效率计算

通过现场测量离心泵的流量Q、压力（或H）、电压和电流，计算出离心泵的效率，结合制造厂通过实验绘制的特性曲线，可以判断离心泵是否在高效区内运行。

离心泵的效率是指有效功率跟轴功率之比，即η=Pe/P。

有效功率=泵的扬程*质量流量*重力加速度，即Pe=ρgQH(W)或者Pe=γQH/1000(KW)；

ρ:流体的密度(kg/m3)；

γ: 流体的重度γ=ρg(N/m3)；

g:重力加速度；

质量流量Qm=ρQ(t/h或kg/s)。

轴功率=*线电压*线电流*功率因数0.85*机械效率0.85。

离心泵偏离高效区的原因很多，主要有以下：

（1）.立项初期设计院根据产能规模估算泵的流量和扬程等参数，投产之后，往往存在误差，另外设备选型留有较大余量；

（2）.系统改造、管路更换和产能扩大等因素的影响；

（3）.水泵磨损导致性能改变产生的影响；

4  离心泵的工况调节

简单地说，工况调节的目的就是改变离心泵或管路的特性曲线走向，使两者的交点尽可能接近离心泵的高效区范围。脱离高效区，就是有用功少了（液体通过泵所获得的能量），无用功增加，根据能量守恒，无用功一定会转换成其它能量型式（噪声、震动和热量）损耗掉，这些能量方式长期存在必然会对设备造成损坏，因此，应尽量避免泵长期偏离高效区运行。常用的工况调节方法有以下几种。

（1）.阀门节流（见图4）

该方法最简便也最常用，就是调节泵出口阀门的开启度，等同于改变管路特征曲线的走向来转变泵的工况点。如图3所示，关小阀门时，管道局部阻力增加，Hf－Q曲线斜率增大往上扬，图示从A、B、C为依次关小阀门，水泵工况点向左移而流量减小。通过调节阀门控制流量时，离心泵自身的供水能力未改变，扬程曲线也没变，管阻特征曲线却改变了。此法能在一定范围内灵活调节流量，不用改造设备，应用广泛，但结合图3可以看到离心泵的效率也将随之降落，所以经济上不太合理。

（2）.变频调速（见图5）

当转动速度变化时，若阀门开度固定，管路系统特征也不变，供水性能会发生改变。图示n1-n4速度逐渐下降，Q-H曲线下移，Q和H均变小。假如采用阀门节流的方法来调节，则H变大Q变小，泵的效率降落。由此可见，变频调速得出的扬程或压力比调节阀门方式小，相应的所需电功率也比调节阀门方式小，所以跟调节阀门方式相比，变频调速的方式更节能，效率也更高。在一定范围内，频率越低转速越低，当然在实际运行中使用变频调速也会面临一定的困难，包括投资较大、改造较麻烦等，另外如果变速过大时会造成效率下降，所以也不可能任意无限调速。

（3）.切削叶轮

离心泵的压头、流量都和叶轮直径有关。对同一型号的泵，可采用切削叶轮外径的方法转变泵的特征曲线。根据水泵叶轮切削定律可以知道，假如叶轮的切削量把持在必定限度内（此切削限量与水泵的比转数有关），则切削前后水泵相应的效率可视为不变。切削叶轮是转变水泵性能的一种简便易行的措施，即所谓变径调节，它在必定程度上解决了水泵类型、规格的有限性与供水对象请求的多样性之间的抵触，扩大了水泵的应用范畴。当然，切削叶轮属不可逆过程，必需经过准确盘算并衡量经济公平性后方可实行。

5  结束语

调节阀门开度的方法虽然造成能量的丧失和浪费，但方法简易应用广泛；变频调速节能后果较好并易于实现自动化控制；切削叶轮的方法由于转变了离心泵的结构，在实际利用时应从各方面谨慎考虑并精细计算。

随着阀门和变频调速装置自动化程度的提高，未来离心泵工况调节的发展方向应该是远程智能监控系统，通过实时监测电压、电流、频率等设备参数和压力、流量、水位、阀门开度等工艺参数，使水泵保持运行在高效区，改善水泵运行工况、避免汽蚀的发生，亦能减轻人工劳动强度、减少维护成本并实现节能降耗的效果。

6  参考文献

（1）魏旭；黄兴；《某水源地取水泵站水泵选型设计和工况分析》；净水技术；

（2）李建宇；于明涛；吕兴军；《高寒地区集气站降温集输方法研究及应用》；化学工程与装备；

（3）樊灵；《离心泵工况点预测模型研究》；内江科技；

（4）刘常春；《泵偏离最佳工况点分析及实际解决方法》；煤矿机械。