最新科技

往复泵在小流量高扬程领域节能潜力分析
2017-02-27 16:35:11 字体大小:【

一、前言
泵类产品的节能,通常依靠优化泵及驱动机自身的效率,以及通过变频调节来匹配最佳工况点等方法来实现。除此之外,在泵的选型上不同类型泵的合理替代,也有节能潜力可以挖掘。在低比转速范围内,离心泵与往复泵在型谱上有一定的重叠,由于用户的使用习惯,以及操作维护方便等原因,离心泵被广泛使用,然而低比转速离心泵的效率远低于往复泵,如果可以用适合的往复泵进行替代,可以获得显著的节能效果。
二、往复泵与离心泵的效率分析
往复泵的效率,主要分为机械效率和容积效率两大部分。单向阀及过流部件的水力摩擦损失在消耗功率方面与柱塞摩擦损失相比小得多,所以水力摩擦损失合并在机械效率的摩擦部分考虑,不单独以水力效率的方式列出来,单向阀泄漏损失合并在总的容积效率里面考虑。以内置齿轮减速的往复泵为例,机械效率主要包含齿轮摩擦、轴承摩擦、轴瓦摩擦、十字头摩擦、柱塞摩擦、水力摩擦以及搅油损失等几个部分。容积效率与泵腔尺寸及液体可压缩性有关。先介绍一下rr是当柱塞(或活塞)处于回程后止点时,阀间及柱塞腔内部液体体积与柱塞(或活塞)冲程容积的比值。往复泵的容积效率与“r”的关系见文献[1]中图表,通常往复泵的r值为3~6。液体的可压缩性在低压力下不予考虑,当输送液体压力超过40MPa时压缩性变得很重要。
离心泵的效率统计数据可以从很多文献中获得,在比转速120以下,离心泵的效率随着比转速的降低下降很快,其中圆盘摩擦损失和二次流损失是效率下降的主要原因。通过去掉部分叶轮盖板、采用直叶片部分流叶轮、加大流量设计等方法可以提高低比转速离心泵的效率。本文不对叶轮形式进行细分,而是统一采用GB/T13007—2011中比转速ns=20~120的效率数据,作为比较的基准。
1. 最佳效率点的效率比较全面的比较往复泵与离心泵的效率差别是很困难的,所以需要限定一个范围。本文的讨论范围将流量限定为5~50m3/h;比转速限定为ns=20~120。离心泵的效率数据摘录自文献[3],单级单吸清水离心泵的A效率数据,整理成曲线,如图1所示。往复泵的效率,假设r=5时,流量范围5~50m3/h,压力范围1~23MPa,满足换算后比转速落在20~120的各个工况点。经统计,在这个范围内往复泵的效率在85%~90%,变化不大。

2. 黏度影响的比较
往复泵适合输送高黏度的物料,运动黏度超过65mm2/s才需要进行修正。以运动黏度100mm2/s为例,
将往复泵与离心泵修正后效率进行对比。利用文献[2]中离心泵性能修正系数,经过查表换算后,得出离心泵的效率修正系数Cη;黏度对往复泵的影响主要表现在影响单向阀关闭的灵敏度,从而影响容积效率,文献[2]中给出了近似的修正曲线。在文献[4]规定的往复速度一下运行,往复泵的效率下降不明显。黏度对往复泵及离心泵效率影响的修正曲线如图2所示。

3. 偏离最佳工况点的影响
从离心泵的性能曲线图可以直观地看出来,偏离最佳工作点之后,效率的下降是非常明显的。但是,考虑到往复泵流量调节的方法之一是变频调节往复速度,那么离心泵同样也可以通过变频调节最佳效率点。所以,不做直接比较。
4. 数据处理方法说明
往复泵的往复次数是不能够直接作为速度n带入比转速公式的,为了比较方便,是以离心泵的流量和比转速作为已知条件,计算出来扬程(压力)的对应值,然后进行数据查询换算的。比转速的公式中,涉及到四个未知数ns、QHn,如果已知其中三个数据,就可以计算出剩余的一个。考虑到小流量高扬程的离心泵大部分配置二极异步电动机,因此换算扬程的时候,假设离心泵的转速是2 950r/min,这样的话,对应各个比转速和流量点的扬程就可以计算出来。然后以比转速ns=20~120为基准,列出对应的流量和扬程点,分别查询离心泵及往复泵在这样的工况点的效率及修正系数,就可整理出图1和图2。
三、结语
低比转速离心泵效率低是众所周知的,通过限定条件下,把分散的数据,以比转速、流量、扬程作为基准,整理出来往复泵和离心泵的对比数据,可以直观比较在限定条件下两者效率的差异。往复泵也有先天的不足。例如,结构复杂、振动噪声大、初期投资高等;但是,效率高是往复泵的优势,用户可以根据自身的实际需要,合理地选择离心泵还是往复泵。
参考文献
[1]Igor J.Karassik.泵手册[M].北京:中国石化出版社,2003.
[2]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选型手册[M].北京:中国石化出版社,1998.
[3]中国国家标准化管理委员会.GB/T13007—2011 离心泵效率[S].北京:中国标准出版社,2011.
[4] 中国石化集团公司工程建设管理部.SH/T3141—2004 石油化工往复泵工程技术规定[S].北京:中国石化出版社,2005.