如何提高离心泵的效率-发表论文

分类：项目管理论文发表 时间：2011-05-19 09:23 关注：(1)

如何提高离心泵的效率

张文生 石英 王庆军  张思洪

摘要：本文介绍了离心泵的几种能量损失以及如何提高离心泵效率的几种措施

关键词：离心泵 能量损失 效率 措施

在我国，国民经济部门使用泵的配套电机总容量，约占发电总装机容量的20%—30%。在供水及污水处理行业中，水泵的用电量占企业总成本的35%—50%。由此可见，降低泵的能量损失，提高泵的有效率，有着极其重要的意义。

离心泵的效率是泵的有效功率Ne和轴功率N的比值，η=Ne/N。由于泵内存在各种损失，泵的有效功率总是小于轴功率，泵的效率总是不能达到100%。为此，分析泵的能量损失及如何提高泵的效率尤为重要。下面对以上两个问题进行论述。

一、离心泵的能量损失

离心泵的能量损失分别含有：机械损失、容积损失、水力损失。

1、机械损失

机械损失是指泵的轴封、轴承、叶轮园盘摩擦等诸损失所消耗的功率。

（1）、轴封和轴承摩擦损失：它们的损失功率△N一般为：△N=（0.01—0.03）N，功率大的泵，△N=0.01 N；功率小的泵，△N=0.03 N或更小些。

与其它损失相比，轴封和轴承摩擦损失所占比例不大。在采用填料密封结构时，若填料压盖压得太紧，摩擦损失就要增大，甚至填料发热。对于小泵来讲，如果填料压盖压的过紧，启动负荷太大，有启动不起来的危险。因此，填料压盖压紧力要合理。

目前很多泵采用机械密封结构，这样大大地减小了轴封摩擦损失。

（2）、圆盘摩擦损失：离心泵叶轮在充满液体的泵壳内旋转时，叶轮两个盖板表面与液体有摩擦损失。

圆盘摩擦损失比较大，在机械损失中占主要成分，尤其是对中、低比转速的泵，圆盘摩擦损失所占的比例比较大；对高比转速的泵，圆盘摩擦损失所占的比例比较小，而低比转速时，圆盘摩擦损失急剧增加，当比转速ns=30时，圆盘摩擦损失增大到近于有效功率的30%。

2、容积损失

泵在运行时，泵体内各处的液体压力不等，有高压区，也有低压区。由于结构上的需要，在泵体内部有很多间隙，当间隙前后压力不等时，液体就要由高压区流向低压区，如图（1）所示。

 

 

 

 

这部分高压区的液体，虽然在流经叶轮时获得了能量，但是未被有效利用，而是在泵体内循环流动，因克服间隙阻力等又消耗了一部分能量，这种能量损失为容积损失。

容积损失有以下几类：

（1）、在叶轮入口的地方，叶轮与泵体间有一个很小的密封间隙。由于泵腔内的压力较叶轮入口处高，所以，有一小股液体通过密封间隙从叶轮出口流回叶轮入口。叶轮对这部分回流液体作的功没有被有效地利用，而损耗于克服密封间隙的阻力。这部分能量损失称为密封环泄露损失。

（2）、一般离心泵都有平衡轴向力的机构，如平衡孔（见图1）和平衡盘（见图2）。

 

有一部分液体由叶轮获得能量，但未被有效利用，而消耗于克服通过平衡机构时的阻力，这些能量损失也属于容积损失。由于平衡孔的存在，一般将使泵的效率降低3%—6%。

另外，在多级泵中，由于级间隔板前后压力不等，有一部分液体经级间隔板间隙流回前级叶轮的侧隙，如图3所示。级间间隙的泄露液体，流经叶轮与导叶间的侧隙后，与叶轮流出的液体混合，经导叶和反导叶，又经级间间隙，流回前级叶轮的侧隙，如此循环。由于有级间泄露存在，损失了一部分功率，同时使叶轮侧间隙内的圆盘摩擦损失增加，所以影响泵的总效率。

3、水力损失

在离心泵工作时，液体与流道壁面有摩擦损失，液体运动有内部摩擦损失，在液体运动速度的大小和方向变化时，有旋涡损失，冲击损失等。这些损失都消耗一部分能量，通常把这部分能量损失称为水力损失，与泵的过流部件的几何形状、内壁表面粗糙度和液体粘度有关。

二、提高离心泵效率的措施

泵内的损失分为三种：机械损失、容积损失和水力损失。若提高泵的效率，必须设法减少上述三种损失，以达到预期的目的。

1、降低机械损失

在机械损失中，圆盘摩擦损失占绝大部分，所以一般着重研究降低圆盘摩擦损失的途径。通常采取下列方法：

（1）叶轮圆盘摩擦损失功率的大小与叶轮转速的三次方成正比、与叶轮外径的五次方成正比。叶轮外径越大，则圆盘损失也越大。可以看出，圆盘摩擦损失与转速的三次方成正比，但这仅是一方面，另一方面，在给定的扬程下，泵的转速提高后，叶轮外径可以相应减小，而叶轮外径减小后，圆盘摩擦损失成五次方的比例下降。所以在给定的扬程情况下，离心泵转速增加后，圆盘摩擦损失并不增加，而且减小。

（2）圆盘摩擦损失的大小还与叶轮盖板、泵体内壁表面粗糙度有关，降低表面粗糙度可以减小该损失，一般可提高泵的效率值2%-4%。

（3）圆盘摩擦损失还与叶轮与泵体内侧间隙大小有关，如图4所示，

 

 

对一般泵讲，B/D2=2%-5%范围时，圆盘摩擦损失较小。

2、降低容积损失

（1）选取较小的密封间隙值，如图3中的b值。实验表明，当b由0.5mm减小到0.3mm 时，泵的效率可提高4%-4.5%。

（2）增加密封环间的水阻力，因而减少泄漏量。通常采用的方式有，将密封环加工成迷宫形或锯齿形，如图5所示。

 

3、降低水力损失

一般注意下列问题：

（1）液体在过流部件各部位的速度大小确定要合理，而且速度的变化要平缓。

（2）避免在流道内出现死区。

（3）合理选择各过流部件的入、出口角度以减少冲击损失。

（4）避免在流道内存在尖角、突然转变情况。

（5）流道表面应尽量光洁，不得有粘砂、飞边、毛刺等缺陷。

降低泵内上述三种损失，提高泵的工作效率，是我们各个供、排水企业所面临的重要课题。近十几年来，国内外的水泵科学工作者，着利于泵的能量损失问题的试验和研究，使泵的效率提高了很多，并且带来了巨大的经济效益和社会效益。