泵的知識(shí)

   既然離心泵裝置的工況點(diǎn)是建立于水泵和管道系統(tǒng)能量供求關(guān)系的平衡上，那么，只要兩者之一情況發(fā)生改變時(shí)，其工況點(diǎn)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。這種暫時(shí)的平衡點(diǎn)就會(huì)被另一種新的平衡點(diǎn)所代替。這樣的情況，在城市供水中是隨時(shí)都在發(fā)生著的。例如，有對(duì)置水塔的城市管網(wǎng)，在晚上，城市中用水量減少，水輸入水塔，水塔的水箱中水位不斷升高(見圖6-8)，水泵的工況點(diǎn)將沿Q-H曲線向流量減小側(cè)移動(dòng)(向左移動(dòng)，有A點(diǎn)移至C點(diǎn))供水量減少。相反的，在白天，城市中用水量增大，管網(wǎng)內(nèi)靜壓下降，水壓出水，水箱中水位下降，水泵裝置的工況點(diǎn)就將自動(dòng)向流量增大側(cè)移動(dòng)(向右移動(dòng))。因此，泵站在整個(gè)工作中，只要城市管網(wǎng)中用水量是變化的，管網(wǎng)壓力就會(huì)有變化，致使水泵裝置的工況點(diǎn)也作相應(yīng)的變動(dòng)，并按上述能量供求的關(guān)系，自動(dòng)地建立新的平衡。所以，水泵裝置的工況點(diǎn)，實(shí)際上是在一個(gè)相當(dāng)幅度的區(qū)間內(nèi)游動(dòng)著的。離心泵具有這種自動(dòng)調(diào)節(jié)工況點(diǎn)的性能，也大大地增加了它在給水排水過(guò)程中的使用價(jià)值。當(dāng)管網(wǎng)中壓力的變化幅度太大時(shí)，水泵站的工況點(diǎn)將會(huì)移出其“高效段”以外，在低效率點(diǎn)處工作。針對(duì)這種情況，在泵站的運(yùn)行管理中，長(zhǎng)需要人為地對(duì)水泵裝置的工況點(diǎn)進(jìn)行必要的改變和控制，我們把這種改變和控制稱為“調(diào)節(jié)”。這種調(diào)節(jié)可以是自動(dòng)的并且可以優(yōu)化，達(dá)到佳的節(jié)能效果。在工業(yè)設(shè)備冷卻水總管上的壓力，也就是圖中的靜揚(yáng)程，這個(gè)靜揚(yáng)程有可能因工藝流程工況的變化而變化。

   1、節(jié)流調(diào)節(jié)
   節(jié)流調(diào)節(jié)是簡(jiǎn)單的一種調(diào)節(jié)方式，它是通過(guò)改變管路系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的開度，使管路曲線形狀發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)工作位置點(diǎn)的改變。節(jié)流調(diào)節(jié)分為出口端節(jié)流調(diào)節(jié)和人口端節(jié)流調(diào)節(jié)兩種方法，對(duì)泵來(lái)說(shuō)主要是采用出口端節(jié)流調(diào)節(jié)。
   出口端節(jié)流調(diào)節(jié)就是將調(diào)節(jié)閥安裝在泵的出口端管路上，改變調(diào)節(jié)閥的開度即可進(jìn)行工況調(diào)節(jié)。圖6-9為采用閘閥節(jié)流時(shí)，水泵裝置工況點(diǎn)的改變圖。圖中工況點(diǎn)A表示閘閥全開時(shí)，該裝置的極限工況點(diǎn)。關(guān)小閘閥，管道局部阻力增加，K值加大，管道系統(tǒng)特征性曲線變陡，水泵裝置的工況點(diǎn)就向左移至B點(diǎn)，出水量減少。閘閥全關(guān)時(shí)，局部阻力系數(shù)相當(dāng)于無(wú)窮大，水流切斷，此時(shí)，管道系統(tǒng)特性與縱坐標(biāo)重合。也就是說(shuō)，利用閘閥的開啟度可使水泵裝置的工況點(diǎn)，由零到極限工況點(diǎn)QA之間變化。從經(jīng)濟(jì)上來(lái)看，節(jié)流調(diào)節(jié)很明顯是用消耗水泵的多余能量△H的辦法(見圖6-9)來(lái)維持一定的供水量，其消耗的功率(kW)。

   從式可見，隨著節(jié)流損失△H的增加，功率損失△P也相應(yīng)增加，泵的運(yùn)行效率η下降。
   管路阻力曲線中靜揚(yáng)程Hs的大小對(duì)節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)的運(yùn)行效率η有很大影響。對(duì)于靜揚(yáng)程較小的管路阻力曲線，隨著調(diào)節(jié)量的增加，節(jié)流損失△H迅速增大，泵的運(yùn)行效率η迅速下降。而對(duì)于靜揚(yáng)程較大的管路阻力曲線，隨著調(diào)節(jié)量的增加，節(jié)流損失△H增大較緩慢，泵的運(yùn)行效率η下降也較緩慢。
   水泵性能曲線的現(xiàn)狀(即比轉(zhuǎn)速值)與運(yùn)行效率η下降速度密切相關(guān)。低比轉(zhuǎn)速泵性能曲線較平緩，在節(jié)流調(diào)節(jié)過(guò)程中，節(jié)流損失△H增大較緩慢，泵的運(yùn)行效率η下降也較緩慢，軸功率值緩慢減��；而對(duì)于高比轉(zhuǎn)速泵，其性能曲線較陡，在節(jié)流調(diào)節(jié)過(guò)程中，節(jié)流損失△H迅速增大，泵的運(yùn)行效率η下降也較快，軸功率值反而不斷增大。故高比轉(zhuǎn)速泵采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，不但經(jīng)濟(jì)效果不好，電動(dòng)機(jī)還有過(guò)載的危險(xiǎn)。
   2、旁通調(diào)節(jié)
   如圖6-10所示，旁通調(diào)節(jié)是在泵的出口管路上安裝一個(gè)帶調(diào)節(jié)閥門得回流管路2，當(dāng)需要調(diào)節(jié)輸出流量時(shí)，通過(guò)改變回流管路2上閥門的開度，從輸出流體中移出一部分返回到泵入口，從而在泵運(yùn)行流量不變的情況下，改變輸出流量，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。
   此調(diào)節(jié)方法的經(jīng)濟(jì)性比節(jié)流調(diào)節(jié)還差，而且回流的流體會(huì)干擾泵入口的流體流動(dòng)，影響泵的效率。旁通調(diào)節(jié)雖然不經(jīng)濟(jì)，但在某些場(chǎng)合下仍然可以采用，如鍋爐給水泵為了防止在小流量區(qū)可能發(fā)生氣蝕而設(shè)置再循環(huán)管路，進(jìn)行旁通調(diào)節(jié)。

   3、動(dòng)葉調(diào)節(jié)
   動(dòng)葉可調(diào)軸流泵的工況調(diào)節(jié)是在泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過(guò)改變動(dòng)葉片安裝角來(lái)改變泵的性能曲線形狀，使工作點(diǎn)位置改變，從而實(shí)現(xiàn)工況調(diào)節(jié)的。

   動(dòng)葉調(diào)節(jié)的基本原理如下：軸流泵動(dòng)葉片安裝角βb是流體平均相對(duì)速度方向角β∞與流體沖角¿之和，即βb=β∞+¿
   由圖6-11速度三角形得
   改變動(dòng)葉片安裝角βb，沖角¿和流體平均相對(duì)速度，方向角β∞也會(huì)隨之發(fā)生變化。β∞的改變會(huì)造成△νn和νm的變化，從而使泵的揚(yáng)程、流量發(fā)生變化，以達(dá)到工況調(diào)節(jié)的目的。
   圖6-12為動(dòng)葉可調(diào)軸流泵的性能曲線，它反映了動(dòng)葉安裝角βb改變時(shí)，泵流量、揚(yáng)程、功率和效率的變化情況。

   節(jié)流調(diào)節(jié)具有調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少等優(yōu)點(diǎn)，故以前各種離心泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。但由于其能量損失很大，目前已逐漸被調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方式所取代。這是本章的中心內(nèi)容，后面將會(huì)詳細(xì)討論。
   綜上所述，定速運(yùn)行情況下離心泵裝置工況點(diǎn)的改變，主要是管道系統(tǒng)特性曲線發(fā)生改變引起的(諸如水位變化、管網(wǎng)中用水量變化、管道堵塞或破裂以及泵站中閘閥節(jié)流等等)。