化工作業(yè)人員技能知識(shí)：離心泵的控制
離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。它主要是由葉輪和機(jī)殼組成，葉輪在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。離心泵的出口壓頭由旋轉(zhuǎn)葉輪作用于液體而產(chǎn)生離心力，轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，壓頭也越高；因離心泵的葉輪與機(jī)殼之間存在有空隙，所以當(dāng)泵的出口閥完全關(guān)閉時(shí)，液體將在泵體內(nèi)循環(huán)，泵的排量為零，壓頭接近最高值。此時(shí)對(duì)泵所做的功被轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)，同時(shí)也使泵內(nèi)液體溫度升高。所以，離心泵不宜長時(shí)間關(guān)閉出口閥。隨著排量逐漸增大，泵所能提供的壓頭慢慢下降。
離心泵流量控制的目的是要將泵的排出流量恒定于某一給定的數(shù)值上。離心泵的流量控制主要有三種方法。
1.直接節(jié)流法
即直接改變節(jié)流閥的開度，從而改變控制閥兩端節(jié)流損失壓頭h,造成管路特性變化，以達(dá)到控制目的。圖2-1表示了這種控制方案和泵系統(tǒng)工作點(diǎn)的移動(dòng)情況。在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵的排出流量Q與泵產(chǎn)生的壓頭H有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在不同流量下，泵所能提供的壓頭是不同的，曲線A稱為泵的流量特性曲線。泵提供的壓頭必須與管路上的阻力相平衡才能進(jìn)行操作�？朔苈纷枇λ鑹侯^大小隨流量的增加而增加，如曲線1所示。曲線1稱為管路特性曲線。曲線A與曲線1的交點(diǎn)C₁即為進(jìn)行操作的工作點(diǎn)。此時(shí)泵所產(chǎn)生的壓頭正好用來克服管路的阻力，C₁點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量Q₁即為泵的實(shí)際出口流量。
當(dāng)控制閥開啟度發(fā)生變化時(shí)，由于轉(zhuǎn)數(shù)是恒定的，所以泵的特性沒有變化。但管路上的阻力卻發(fā)生了變化，即管路特性曲線不再
是曲線1,隨著控制閥的關(guān)小，可能變?yōu)榍�2或曲線3了。工作點(diǎn)就由C₁移向C₂或C₃,出口流量也由Q改變?yōu)镼₂或Q₃。以上就是通過控制泵的出口閥開啟度來改變排出流量的基本原理。
采用本方案時(shí)，要注意控制閥一般應(yīng)該安裝在泵的出口管線上，而不應(yīng)該安裝在泵的吸入管線上(特殊情況除外)。若閥裝在泵的吸入管道上，由于控制閥兩端節(jié)流捌失壓頭的存在，使泵的入口壓力比無閥時(shí)要低，從而可能使流體部分氣化。造成泵的出口壓力降低，排量下降，甚至使排量等于零，這種現(xiàn)象叫做“氣縛”;或者所夾帶的部分氣化產(chǎn)生的氣體到排出端后，因受到壓縮會(huì)重新凝聚成液體，對(duì)泵內(nèi)機(jī)件產(chǎn)生沖擊，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞葉輪和機(jī)殼，這種現(xiàn)象叫做“氣蝕”。控制閥一般宜裝在檢測(cè)元件(如孔板)的下游，這樣將對(duì)保證測(cè)量精度有好處。此外，控制閥兩端的壓差h,隨閥開度的變化而變化。開度增大，流量增加，但hv,反而減小。
采用直接節(jié)流法的方案簡單可行，是應(yīng)用最為廣泛的方案。但是，此方案總的機(jī)械效率較低，特別是控制閥開度較小時(shí)，閥上壓降較大，對(duì)于大功率的泵，損耗的功率相當(dāng)大，因此是不經(jīng)濟(jì)的。
2.控制泵的轉(zhuǎn)速
這種控制方案以改變泵的特性曲線，移動(dòng)工作點(diǎn)，來達(dá)到控制流量的目的。圖2-2表示這種控制方案及泵特性變化改變工作點(diǎn)的情況。當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，泵的流量特性曲線會(huì)發(fā)生改變。圖2-2(a)中曲線1、2、3表示轉(zhuǎn)速分別為n₁、n₂、n₃時(shí)的流量特性，且有n₁>n₂>n₃。在同樣的流量情況下，泵的轉(zhuǎn)速提高會(huì)使壓頭H增加。在一定的管路特性曲線B的情況下，減小泵的轉(zhuǎn)速，會(huì)使工作點(diǎn)由C,移向C₂或C₃,流量相應(yīng)也由Q₁減少到Q₂或Q₃。
這種方案從能量消耗的角度來衡量最為經(jīng)濟(jì)，機(jī)械效率較高。但調(diào)速機(jī)構(gòu)一般較復(fù)雜，多用在蒸汽透平驅(qū)動(dòng)離心泵的場(chǎng)合，此時(shí)僅需控制蒸汽量即可控制轉(zhuǎn)速。
3.旁路法
在泵的出口與人口之間加一旁路管道，讓一部分排出量重新回到泵的人口。這種控制方式實(shí)質(zhì)也是改變管路特性來達(dá)到控制流量的目的。當(dāng)旁路控制閥開度增大時(shí)，離心泵的整個(gè)出口阻力下降，排量增加，但與此同時(shí)，回流量也隨之增大，最終導(dǎo)致送往管路系統(tǒng)的實(shí)際排量減少。
顯然，采用這種控制方式必然有一部分能量損耗在旁路管路和閥上，所以，機(jī)械效率也是較低的。但它具有可采用小口徑控制閥的優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中仍有一定的應(yīng)用。
