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离心泵的流量调节与节能控制


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第3 4卷 第 3期 
2 7正   00

北 京 化 工 大 学 学 报 
J OURNAL OF B J NG      EI I   UNI VERS TY    I OF CHE I M CAL TECHN0L   0GY 

Vo . 4, No.   13 3
2 7 00  

离心 泵 的流 量 调节 与节 能 控 制 
王  宇 龙秉 文  黄  海  杨祖 荣   
( 京化 工 大 学 化 学 工 程 学 院 ,北 京 北 10 2 ) 00 9 



要 : 用 自行 开发 的离 心 泵 性 能 测 定 平 台 , 察 了 I G 215型 离 心 泵 的 出 口阀 调 节 、 泵 及 双 泵 变 速 调 节 、 利 考 H 3 —2 单  

定速 泵 与变 速 泵 组 合 操 作 等 不 同 方式 的调 节 特 性 及 能 耗 损 失 , 并进 行 了对 比研 究 。 实 验 发 现 , 于 单 泵 , 输 送 量  对 当

由 5 8  h降至 47   h时, .m / .m / 变速调 节能耗仅 为阀门调节能耗的 6 %; 2 对于双泵 , 当输送量 由 1 mah降至 7 /   0 / mah 时, 双泵变速调节能耗为 阀门调节能耗的 4 %, 定速泵与变速泵组合操作调节 能耗的 6 %。 因此 利用变频技术  6 为 1 而实现 的变速流量调节的方式节 能效果最为显著, 且经济可行 。  
关键 词 :离 心 泵 ;流 量调 节 ;变 频 技 术 ; 能  节

中图分类号 : 曲  T

引 言   
离 心 泵是 一种 通 用 的流 体输 送 机械 , 广泛 地 应  用 于 城 市 供 水 、 热 , 业 用 水 、 料 输 送 等 系统 。 供 工 物   作 为流体 外加功 的输 入设 备 , 心 泵 的运 行 需 要 消  离 耗 一定 的能量 , 据统计 , 目前 离 心泵的耗 电量 已经 占 
到 全 国总用 电量 的 1 5 其 中一 个 重要 的原 因就 是  /,

阻管路 , 串联优 于并 联 ; 于 低 阻管 路 , 联 更 为适  对 并 宜 l 。就 离心 泵组 合操 作 而 言 , 流量 调 节 方 式较  7   J 其
单泵更 为 多样化 , 对 于 常用 的 双 泵并 联 操 作 可采  如

用 出 口阀调 节, 可 采 用 定速 泵 与变 速 泵 的 并 联运  亦 行 , 采用双 泵调 速 的并联运 行方 式完成 输送 任务 。 或   对于一 定 的输 送 任 务, 采用 以上 哪 种调 节 方 式 能够  更好 的节 能是 一 个值 得 深 入研 究 的 问题 , 结 果也  其 具有很 强 的工业 指导意 义 。本文通 过对 离心 泵 的特  性 分析 , 合变频 调速 技术 , 结 实验考 察 了在满 足输送  任务 的条 件 下 不 同调 节 方 式 的 运 转 特 性 及 运 行 效 
率 , 出 了优化 的节能控 制手 段 。 提  

我国离心 泵的运 行 效率 远 远 低 于 国外 先 进 国家 , 使  得大 量 能 源 浪 费 l 。 离 心 泵 的 运 行 效 率 与 泵 自身  1 ]
设计 和运 行工况 有关 , 从现有 水平 改进设 计 , 提高  欲

效率 的难 度 已愈 来 愈大 l , 通过 优 化泵 的 运行 工  2而 ] 况与 调节方 式来 提 高效 率 尚有 空 间, 人们 对 此 方面  的研 究也 越来越 为重 视 l    3J 4。 流 体 的 输送 任 务 是 由离 - C泵和 管 路 共 同完 成  的, 工作状 态 与离 - C泵和 管 路 二者 紧 密 相关 。 流量 

1 实 验 流 程 与装 置   
本 文所 有 的实验工 作均 通过 我校 自行开 发 的计  算机在 线数据 测控 离 心泵性 能 测试 平 台 而 完成 , 平  台的 实验 流程 如 图 1所 示, 主要 由 I 3 —2 HG 2 15型 离  心泵 、 管路 系统 、 流量调 节 阀 、 涡轮 流量 计 、 频器 及  变 在线数据 测控 系统 组 成 。实验 介质 为 清 水 , 环使  循 用 , 大流 量为 1  / ; 了 防止 测 压 口与 流 量计  最 2 m  h 为 的堵塞 以及液 体 倒 流, 离心 泵 的 吸入 口前 分 别 加  在 装有过 滤 网和止逆 阀。实验 过程 中的 数据采 集和 参 
数控制 可 由计 算 机 在线 数 据 测 控 系统 完 成 , 系 统  该

的调节 可通 过调 节 阀 门开 度 以 改变 管 路特 性 , 或通 
过调 节离心 泵的 转速 以 改变 泵 的特 性 , 种调 节方  两 式使得 调节 后的 流 量 与压 头 均发 生 变 化 , 而 引起  从 能耗 的差别 , 当输 送量 相 同时, 变速 调节 运行条 件下  的输送 压头 较 低, 节能 效果 显著 l J 5。    
当单 泵输 送 液 体量 达 不 到指 定 要求 时 , 业上  工

常采用 多泵 的 串联 或并 联 组 合操作 , 组 合 方 式 的  其 选择 需根据输 送 任务 与 管 路情 况 确 定 , 常对 于高  通
收 稿 E期 : 0 60 —6 t 2 0—90 

由变频 器 、 人工智 能仪 表和 温度 、 A1 压力 、 量及功  流

率变送器, 以及利用 Vsa bs 语言编写的计算机  i lac u  i
测控 软件 组成 。本实 验平 台可对 单台 离心 泵的性 能  进行研 究 , 考察其 不 同转速 下 的特 性 曲线 、 不同 出 口   阀开度 时 的管路 特 性 曲线 ; 也可 考 察 双 泵并 联 时 不 
同运行 工况 下 泵的运 转特性 及运 行效 率 。  
基 金项 目 : 0 6年 北 京 市 高 校 教 改项 目 20   第 一作 者 :男 , 96年 生 。 师  17 讲
E— i u n @ malb c. d .n mal wa g :y i u te u c  .

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第 3期 



宇 等 : 心 泵 的流 量 调 节 与 节 能 控 制  离

·2 5 · 3  

上不合理 。 随着 变频 技 术 的 发 展, 于 中小 型 离 心  对 泵, 用变频 器可 较 为便捷 的改变 转速 , 利 运行 更为经  济, 克服 了因关 小阀 门而产 生的 压头损 失 , 其输送  使
压头 减小 了 6 8 节 省能耗 3 %。 . m, 8  

l 离 心 泵及 变 频 器 ;一 水 箱 ;一 涡轮 流 量 计 ; 一 2 3  

4 管 路 系 统 ;一 流 量 调 节 阀  一 5

图 1 实验 平 台 流 程 示 意 图 
F g 1 S h ma i i u t ain o  h   x e me t l lto m  i .   c e tc l sr t   ft e e p r n a pa f r  l o i  

2 结果 与讨 论   
2 1 单 泵操作 优化调 节  .
利用 实验平 台 , 首先 测 定 了 I HG3 —2 21 5型离 心 
泵在转速 为 2 0   mi 的特 性 曲线 , 果示 于 图  9 0 / n时 r 结 2 由实验 可知 , 泵的最 高效 率 约 为 3 %, 。 该 5 其最 佳  工作 范 围是 4 5 .  / , 生产 厂家 出示 的测试  . ~6 5 h 与 m3 数据 一致 。  
04  

图 3 流 量 调 节 方 式 的 特性 分 析 
Fi ,   Ch r ce it   fdfe e twa so  e u a ig g3 a a t r i o   i rn   y   fr g lt   ss f n t ef w  n a s ge p mp h  l o    i l  u   o n

2 2 双 泵并 联操 作  .
双 泵 并联 操 作 时测 定 的特 性 曲 线如 图 4所 示 ,  

曲线 I为单 泵的特 性 曲线 , 曲线 Ⅱ为双 泵并 联 的特  性 曲线 , 曲线 Ⅲ为输 送 管 路 的管 路 特 性 曲线 。 测定  结 果表 明 , 相 同输 送 压头下 , 泵并联 的输送 能力  在 双 是 单 泵的两 倍 , 在同 一输送 管路 中工 作时 , 但 由于能  量 损失 随流 量的 增大 而 增 加 , 使 管路 所 需 输送 压  致

O3 _ 

≥  
霹 

2  01    

头 提高 , 实际 输送 量 会 有 所 减 小 ( 图 中 的 M 点和  如
N 点 )  。

OO . 

图 2 I 3 — 2 型 离 心泵 的 特 性 曲线    HG 2 1 5
F g 2 Ch r ce si c r eo h  HG3 — 2   e t f g l u   i.  a at r t   u v   f e I i c t 2 1 5 c n r u a p mp i  

图 3为不 同流 量调 节 方 式 的特 性 分 析, 初始 工 

作点 为 图中 A 点 , 量 为 58m3h 输 送 压 头 为 1  流 .  / , 4
m ,

效 率约 为 3 %, 4 实验进 一步分 别通 过关 小 出 口阀 

开度 和减 小离 心泵转速 , 流量 减 小 2 % ( .  / 将 0 47   m3 h 进行考 察 。图 3中 曲线 Ⅲ为关 小出 口阀后 的管路  ) 特性 曲线 , B即 为调 节 后 的工 作 点 , 输 送 压 头  点 其 为 1 . m, 功率 为 0 6 W ; 58 轴 .1 k 曲线 Ⅳ为改 变泵 的转  速后 . 心泵在 2 0 rmi 的特性 曲线 , 离 3 0 / n时 工作 点沿 
图 4 双 泵并 联 操 作 的 特 性 曲线 
F g 4 Ch r ce it   u v s o  o b e p mp   i、  a a trsi c r e   fd u l u s c  
c ne t d i  a all on ce  n p r le 

管路 特性 曲线 向左 下 移动 , 与调 节 后 的 泵 的特 性 曲 
线 交于 C点 , 此时 离 心泵 的输送 压 头 为 9 0 其轴  . m,
功率 为 0 3 k   .8 W。

对 于双 泵并 联操 作的流 量调 节方式 仍可 如单 泵  调 节 方式 , 采用 出 口阀调节 和变 频调节 技术 , 定结  测

果 示于 图 5其调 节 特性与 单 泵调 节 特性 类 似 , 用  , 采 变 频调 节方 式 比出 口阀调节 更 为节能 。  
2 3 定速 泵与变 速泵 组合操 作  .

实验 结 果表 明, 节 出 口阀开 度 的方 法操 作简  调 便 、 活 , 阀 门关 小 增 加 了管 路 阻 力 , 增大 的 压  灵 但 使

头 消耗 于阀 门的附 加阻力 上, 额外 消耗 了功率 , 经济 

在 实际 生 产 中, 可 利用 定速 泵与 变速 泵 的组  还

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北 京 化 工 大 学 学 报 

20 0 7芷 

节、 定速 泵与变 速 泵组 合 操 作 三种 调 节 方式 进 行 了  实验 研 究, 7给 出 了不 同 操 作方 式 下 能耗 与 输 送  图 量 的变化关 系, 种调 节 方 式 的能 耗 均 随输 送 量 的  三 减 小而减 小 , 其 减 幅各 不 相 同, 但 在测 试 过 程 中, 将  输送 量 由 1 1 h减 至 7I / , 节 阀 门的 方式 电  0T / I   1 h 调 T   机功 率 只减小 0 1 k 降幅仅 为 1 %; .9 W, 3 定速 泵与变  速泵 组合操 作 能使 电机 功 率 减小 0 5 W, 幅 约  .1k 降
为 3 %; 泵并联 变速调 节 可使 电机功率 减小 0 8   5 双 .7

k , 幅接 近 6 % ; 时, 泵并 联 变 速 调 节 能 耗  W 降 0 此 双
图 5 双 泵并 联 流 量 调 节 特性 分 析 
F g.  Ch r ce it so   ifrn   y   frg lt g t e i 5 a a tr i   fd f e twa so  e u a i   h   sc e n f w o   o be p mp  o n c e     a all l frd u l  u s c n e t d i p r l   o n e

仅为 阀 门调 节能 耗的 4 %, 6 为定速 泵 与 变速 泵 组 合 
操作 能耗 的 6 %。 1  

合 实现双泵组 合操 作 的流 量 调 节, 6示 出 了测 定  图 的 定速 泵 ( =2 0   m n 与 变速 泵 不 同转速 运行    90 / i) r 条件下 的特性 曲线 , 合 1 2 3中变速 泵 的转速 分  组 、、
别为 2 0 、3 0 2 0   mi。其特 性 曲线 明显 的分  60 20 、00 / n r

为两段 , 两段 曲线均 为抛物 线形 , 曲线 相交处 有一个  拐点 , 在拐 点 前 保 持 着 与 单 台泵 定 速 操 作 时 ( =     2 0  mi) 同 的 特 性 , 输 送 能 力 与 单 台 泵 相  90/ n 相 r 其 同 ; 拐点后 其变化 趋势变 缓 , 区域 即为操 作的有  在 此 效范 围, 过调 节 变速 泵 的 转速 , 以改 变 输送 量 。 通 可   随着变速 泵转速 的 变 化, 可有 不 同的泵 组 合 操 作特  性 曲线, 形成 一 系列不 同的工作状 态 , 以满足 流量调  节的要 求 。  
图 7 不 I 作 方 式 的 能 耗 比较  司操
Fi 7 Ene g  on u p inso  h   ifr ntm e h ds g.   r y c s m to   ft e d fe e   t o  

三种 操 作方 式 能耗 不 同 的 主要 原 因是 , 门调  阀 节方 式改变 了管 路特性 曲线 , 加 了额 外 的阻力 , 增 使  能耗 最大 。双泵 并联变 速调 节与 定变组 合操 作均 是  基于 离心泵 变速 调节 的机理 , 改变 了泵 的特性 曲线 ,  
而未使 管路特 性 曲线发 生 变 化 , 其 能量 消耗 均 小  故

于 阀门调节方 式 。但 就 后 两 种调 节方 式 而 言 , 泵  双 并联 变速调 节在 改变输 送量 时 , 泵转速 同时降低 , 双  

其功 率亦 同时减 小 ; 定变组 合操 作则 不然 , 而 其各 泵 
功率 随输送 量 的变 化关 系如 图 8所 示 , 变速 泵 的功 

图 6 定 速 泵 与变 速 泵组 合 特 性 分 析 
Fg.   Ch rceitcc r efrac bn t no   ie -rq e c   i 6 a a tr i  u v o    ̄n iai  fafx fe u n y s o d

p mp a d a v ra l—rq e c   u   u   n     ai be fe u n y p mp

24 不 同操作 方式 的能耗 比较  .
对于 单泵运 转 , 面 已经分析 说 明, 前 因关 小 出 口  

阀使管路 阻力 增加 , 额外 消耗 能量, 采用调节 离 心泵 
转 速 的方 法更 为节能 , 随着变 频调 节技术 的发 展, 且   对于 中小型离 心泵通 过改 变 电机 输入 电源 的频率 实  现 电机转 速 的调 节 已广泛 地应用 在各 种场合 。对 于  双泵组 合 操 作 , 文 对 阀 门调 节 、 泵 并 联 变速 调  本 双
Fg8 i.

图 8 定变 组合操作能耗特性分析   
&H  c mu t n o h   : b aino    x d fxt o mp i   f ec n i t   a f e - l o t x n o f i r n m ̄   p mp a d a v r b e f u n y p mp u   n     a i l—r e c   u   a q e

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第 3期 

王  宇等 :离心泵的流量调 节与节能控制 

·2 7 · 3  

率随输 送量 的减 小 而 明 显减 小 , 定 速 泵 的功 率 却  但 随输送 量 的减 小而 有 所增 加。 随着 输 送 量逐 渐 减  小, 两泵 的运 转效 率均 将下 降, 变速 泵流量 变化 明  且 显, 降幅较大 , 行效 率 将 会 很 低 ; 运 定速 泵则 随 输 送 
量的 减小 , 率逐 渐 增 加 , 输 送 量调 节 范 围较 大 , 功 若  

所节 省 的能耗 费 用 中。 因此 , 无论 对 于 单 泵或 是 双  泵 并联运 行方 式 , 用变 频调节 都是 经济 可行 的。 采  
参考 文献 : .    
[ ] 陈苹 ,李 合 ,许 洪 元 .离 心 泵 、 路 串 并联 及 其 优 化 和  1  管 节 能 研 究 [] 泵 技 术 ,2 0 ( ) 1 5 J ,水 04 3 :3 —3   [ ] 谈 明 高 ,袁 寿 其 ,刘 厚 林 .离 心 泵 性 能 预 测 的 研 究 现  2 状 与 展 望 [] 水 泵 技 术 ,2 0 ( ) 2 —2 . J. 053 : 3 5  

亦可 能超过 额 定功率 , 致使 电机过 热等 现象 产生 。  

3 结论   
离心 泵 流 量调 节 的实 质是 工 作 点 的调 节 , 可通  过 改变 离 心 泵 的 特性 曲线 或管 路 特性 曲线 得 以 实  现。 利用变 频技术 实现 的变速 调节 是一 种简便 快捷  的调 节方式 , 对于 单泵运 行 , 其节 能效果 优于 阀门调  节 ; 于双泵 并联运 行 , 对 双泵并 联变 速调 节与 定速 泵  变速泵组 合操 作 的 节 能效 果 都 较 阀 门 调 节 方 式 为  优, 且双 泵并 联运 行 节 能效 果 最 为 显 著 。随 着变 频 
技 术的逐 渐发 展及 能 源 问题 的 日益 严峻 , 变频 系统 

[ ] 黄禹忠,诸 林,何红 梅 .离心泵 的调节方 式与能耗 分  3
析 [] 工 设 备 与 管道 ,2 0 ,4 ( ) 2 —3 . J .化 03 06 : 9 1   [ ] 郭 俊 忠 ,常 连 玉 。高 胜 .注 水 系 统 运 行 方 案 优 化 研 究  4  [] 系 统 工 程 理 论 与 实 践 ,20 (2 : 2 J. 0 2 1 ) 17—1 0 3.   [ ] 陈 敏 恒 ,丛 德 滋 ,方 图 南 ,等 .化 工 原 理 [ .上 册 . 5 M]  
北 京 :化学 工 业 出版 社 ,19 . 99  

[ ] 赵国相,李岩成 ,贾 国奇,等 .离心泵 的变频 调速 与  6  节能 [] J .石油矿场 机械 , 0 5 4 5 :17—18  2 0 ,3 ( ) 0 0.

[ ] 叶长棠 ,阮奇,李玲 .离心泵组 合操作 方式 的简易 判  7 
据 [] J .化 工设 备与 管 道 , 0 5 2 4 : 8 0  2 0 ,4 ( ) 3 —4 .

的投资 费用可 随其 显 著 的节 能效 果 , 而快 速 回 收于 

Fl w  o t o   f a c n r f g lp m p a d is o c n r lo     e t i u a   u   n  t  e e g - a i   p r to   o t o   n r y s v ng o e a i n c n r l
W ANG    L0NG  n W e   HUANG  i YANG  u n   Yu Bi g n Ha  Z Ro g
( ol eo  h mi l n i eig e igUnv ri  f e c C l g  fC e c   g e r 。B in   ies y o  mi e aE n n j t Ch  ̄Te h oo y B io   0 0 9 C i ) c n l , e i 1 0 2 , h a  g j g n

Ab t a t s r c :Di e e t y   f c n r l n   h   l w n a c n r u a  u   n   h   s o it d e e g   o s mp in f rn   f wa s o   o t ol g t e f i o i    e t i g l mp a d t e a s ca e   n r y c n u t   f p o u d ra c n t n   lw, i cu ig o t t v l e c n r l sn l p mp c n r l o be p m p fe u n y c n e s n n e    o s a tf o n l d n   u l   av   o to , i g e u   o to ,d u l— u   r q e c   o v r i   e   o

c n r l n   o iaino ie —rq e c   u   n   aibefe u n y p m pc n r l h v   e n e p rme — o to  d ac mbn t  ff d fe u n y p mp a d v ra l—rq e c   u  o to, a eb e   x ei n   a o x
t l  n e t a e .Th  e u t h w h tf r   i ge p mp h  n r y c n u t n o   a ib e fe u n y c n r l al iv si td y g e r s l s o t a o   s l u ,t ee e g  o s mp i   f ra l r q e c   o to  s a n   o v —

i 6 % o  a f ul  av o t l e   ef w  erae   o 5 8   ht . m / ; o o b  u s s2   f h t   t t l cnr   nt  o id cesdf m  . m /   4 7   h fr u l p mp, t oo ev e o wh h l s r o d e  
t efr ri ny 4 % o h   te ,a di  1 o h t f  o ia ino ie —rq e c  u  n  a ibe  h  o me  o l  6 s ft el tr n   6 % f a    c mbn t  f x d fe u n yp mp a d v r l— a s t oa o f a

f q ec u  o t l e   ef w i d cesdf m 0 /  o7 / .I i teeoecn lddta s g r unyp mpcnr   nt   o   erae  o 1  ht   h ts hrfr o c e  t i   e o wh h l s r m3 m       u h un
fe u n y c n eso  e h o o y t  o v r  h  p e   f   u   i e   eb s   e f r n e a d t e lwe t n r y r q e c   o v r in tc n lg   c n e t es e d o   p mp g v st   e t r ma c   n  h   o t a h p o o s  e g   e c s ,i e p c ie o  h   u e   fp mp . o t r s e t   ft e n mb ro   u s  r v Ke   r s e ti g l u y wo d :c n rf a  mp lw  o to ;f e u n y c n e t g tc n l g , e e g —a i g u p ;f o c nr l rq e c  o v ri  e h oo y n r ysvn   o


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