石油鉆采設(shè)備及工藝-李振林 §7-4 離心泵的裝置特性及工況調(diào)節(jié)

1、7-4 7-4 離心泵的裝置特性與工況調(diào)節(jié)離心泵的裝置特性與工況調(diào)節(jié)一、泵在單管路上工作一、泵在單管路上工作 二、泵在多管路上工二、泵在多管路上工作作三、泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況的調(diào)三、泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況的調(diào)節(jié)節(jié)離心泵必須與管路等組成一個(gè)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)液體的輸送。這個(gè)系統(tǒng)的特性又稱作離心泵裝置特性；不同的工作條件，有不同的裝置特性。一、泵在單管路上工作 離心泵工作時(shí)，其吸入口與吸入管相連接，排出口與排出管路相連接，形成一個(gè)串連系統(tǒng)。輸送液體時(shí)，管路中的流量Q與泵的流量Q相等，泵提供的揚(yáng)程或壓頭H等于管路損失h和提高液體靜壓頭Hst的總和H，即遵守質(zhì)量守恒和能量守恒原理：，h與Q間呈拋物線關(guān)系，即 。對(duì)于具體的系統(tǒng)，

2、隨管路阻力的大小改變，比如調(diào)節(jié)排出閥門的開度，就可以得到不同拋物線，而Hst為常數(shù)。QQ hHHHst2) (Qh將泵的特性曲線與管路曲線按照相同坐標(biāo)比例繪制在同一個(gè)圖上，就可以得到如圖所示單泵單管路裝置的特性曲線。管路特性曲線與泵特性曲線的交點(diǎn)M，稱作泵裝置的工況點(diǎn)，這些交點(diǎn)完全符合質(zhì)量和能量的守恒原理。M點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)分別表示泵的揚(yáng)程和流量過M點(diǎn)作的垂直線與效率曲線的交點(diǎn)表示泵的工作效率。并聯(lián)一般是指兩臺(tái)以上的泵安裝在一起，自同一個(gè)吸入池吸液，并向同一個(gè)目標(biāo)排液的工作方式，主要目的是增大流量。假設(shè)兩臺(tái)性能不相同的離心泵自同一個(gè)吸入池中吸入液體，且由液面到匯合點(diǎn)O的距離很小。這樣，兩臺(tái)泵將在

3、同一總揚(yáng)程下工作，即HH1H2；總流量QQ1Q2。并聯(lián)后的總性能曲線（HQ）12，為同揚(yáng)程下兩泵流量疊加的結(jié)果。泵的并聯(lián)工作自總性能曲線與管路特性曲線HQ的交點(diǎn)M引水平線，與兩臺(tái)泵的特性曲線（HQ）1、 （HQ）2分別交于A1、A2點(diǎn)，這兩點(diǎn)就是每臺(tái)泵的工況點(diǎn)。如果每臺(tái)泵各自單獨(dú)在該管路上工作，則工況點(diǎn)分別為M1、M2。當(dāng)兩臺(tái)性能不同的泵并聯(lián)工作時(shí)，其最高揚(yáng)程限制在低揚(yáng)程泵的范圍內(nèi)兩臺(tái)性能相同的離心泵并聯(lián)工作后，其總性能曲線也是同揚(yáng)程下兩泵流量疊加的結(jié)果。由于曲線重合，實(shí)際上只需在給定的泵性能曲線上取若干點(diǎn)作水平線，將其流量增加一倍，按照這些新的點(diǎn)就可以得到兩臺(tái)泵并聯(lián)后的總性能曲線。并聯(lián)后的總

4、性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)為總的工況點(diǎn)?？梢钥闯觯瑑膳_(tái)泵并聯(lián)工作時(shí)M點(diǎn)的總流量大于單臺(tái)泵工作時(shí)M1和M2點(diǎn)的流量；同樣，泵并聯(lián)工作時(shí)的揚(yáng)程也比單臺(tái)泵的高。泵并聯(lián)工作的主要目的是增加流量，而不希望揚(yáng)程增加過大。如果泵的性能曲線越陡降，管路特性曲線越平坦，越容易達(dá)到這個(gè)目的但并聯(lián)工作泵的臺(tái)數(shù)越多，增加流量的效果越不明顯。串聯(lián)一般是指前面一臺(tái)泵的出口向后面一臺(tái)泵的入口輸送液體，主要目的是提高揚(yáng)程，增加輸送距離。兩臺(tái)相距很近的泵串聯(lián)工作時(shí)，各自流量相同，即QQ1Q2；總揚(yáng)程等于同一流量下兩臺(tái)泵的揚(yáng)程之和，即HH1H2；將兩臺(tái)泵性能曲線同流量下的揚(yáng)程值疊加，就得到總的性能曲線，如圖泵的串聯(lián)工作串聯(lián)后總

5、性能曲線（HQ）12與管路特性曲線HQ的交點(diǎn)M即為串聯(lián)后的工作點(diǎn)。由M點(diǎn)作垂直線與單泵曲線（HQ）1的交點(diǎn)M1，與單泵曲線（HQ）2的交點(diǎn)M2，就是串聯(lián)工作時(shí)單泵的工況點(diǎn)。對(duì)于兩臺(tái)性能不同的泵，只能在低流量泵的范圍內(nèi)才可以串聯(lián)工作。當(dāng)兩臺(tái)相距遙遠(yuǎn)的泵串聯(lián)在一條管路上工作，例如長(zhǎng)輸管道輸送原油時(shí)，在疊加性能曲線之前，應(yīng)該考慮泵間管路的阻力損失，即應(yīng)從第一臺(tái)泵的（HQ）1曲線中減去這一部分損失，然后再串聯(lián)相加。泵串聯(lián)工作比較適用于管路特性較陡的工況，易于使揚(yáng)程提高，而流量變化較小。二、泵在多管路上工作泵在分支管路上工作由一臺(tái)（或數(shù)臺(tái)）泵從某地將液體輸送到兩處以上的目的地，屬于此種工況，稱作泵在分支

6、管路上工作，如圖所示，圖中有3條管路：泵前吸入管路AB的特性曲線為（HQ）AB，泵后管路BC的特性曲線為（HQ）BC ，管路BD的特性曲線為（HQ）BD 管路BC和BD并聯(lián)，按照泵特性曲線并聯(lián)相加的相同方法，可以先作出并聯(lián)特性曲線（HQ）BC+BD ,再與管路AB作串聯(lián)相加，得到總的管路特性曲線（HQ），它與泵特性曲線的交點(diǎn)M即為分支管路的工況點(diǎn)。M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量是管路AB的流量；自M點(diǎn)作垂直線，與管路特性曲線（HQ）BC+BD 相交于A點(diǎn)，再自A點(diǎn)引水平線分別與曲線（HQ）BC、 （HQ）BD相交于C、D點(diǎn)，則C、D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量分別是管路BC和BD中的流量，且QQMQBCQBD兩臺(tái)以上的泵從不

7、同的地點(diǎn)向同一目的地輸送液體，屬于此種情況，稱作泵在交匯管路上工作。假設(shè)兩臺(tái)泵分別從AA、BB兩地經(jīng)過管路A0、B0將液體輸送到匯合點(diǎn)0，再經(jīng)過管路0C將液體輸送到CC處。在這個(gè)系統(tǒng)中，兩臺(tái)泵的性能、管路AO、BO的阻力、靜壓頭盡管不相同，但從泵1和泵2輸送到0點(diǎn)后的剩余壓頭必須相等。泵在交匯管路上工作為此，必須求出泵1、泵2在0點(diǎn)的剩余壓頭。具體的方法是分別自泵1、泵2的性能曲線中減去管路AO、BO同流量時(shí)消耗的壓頭，得到位于0點(diǎn)的泵的剩余壓頭曲線（HQ）1和（HQ）2，它是用于克服管路0C的阻力及提高液體的靜壓頭的能量。將特性曲線（HQ）1和（HQ）2并聯(lián)相加，得到并聯(lián)剩余揚(yáng)程特性曲線（H

8、Q）（12），該曲線與管路0C特性曲線相交于M點(diǎn)，M點(diǎn)的流量就是管0C中的流量，等于管AO、BO中的流量之和，即QMQAOQBO。過M點(diǎn)作水平線，與曲線（HQ）1和（HQ）2相交于A、B點(diǎn)；過A、B點(diǎn)作垂直線，分別與泵1、泵2的性能曲線相交于M1和M2點(diǎn)，則M1和M2點(diǎn)就是兩臺(tái)泵在交匯管路上的實(shí)際工況點(diǎn)。三、泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況的調(diào)節(jié)改變運(yùn)轉(zhuǎn)離心泵的工作點(diǎn)稱工況調(diào)節(jié)。離心泵的工作點(diǎn)是泵的性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)，任何一條曲線發(fā)生變化，工作點(diǎn)也隨之變化。因此，改變工作點(diǎn)有兩大途徑：改變管路特性調(diào)節(jié)工況改變泵的性能調(diào)節(jié)工況改變管路特性調(diào)節(jié)工況可以采取三種方法： 出口節(jié)流調(diào)節(jié)：即調(diào)節(jié)排出管路上排出閥門的開

9、度，改變管路中的局部阻力，使管路特性曲線的變化斜率發(fā)生變化，使工況點(diǎn)發(fā)生變化。如圖，當(dāng)排出閥門全開時(shí)，管路特性曲線為（HQ）1，與泵特性曲線（HQ）的交點(diǎn)為M1，對(duì)應(yīng)的流量是Q1。隨著閥門逐漸關(guān)小，管路特性曲線相應(yīng)變陡，假設(shè)變?yōu)椋℉Q）2，其與泵性能曲線的交點(diǎn)變?yōu)镸2，流量相應(yīng)減小為Q2。出口調(diào)節(jié)的方法簡(jiǎn)單易行，但隨著節(jié)流程度增加，阻力增大，能量損失增加。例如，在管路特性（HQ）2的條件下，閥門的節(jié)流調(diào)節(jié)損失為（H2H21）白白損失了部分能量。旁路調(diào)節(jié)：在泵的排出管路上安裝帶有閥門的旁通管路，當(dāng)打開旁通閥門使部分液體流回吸入池時(shí)，就相當(dāng)于使離心泵在分支管路上工作這種方法也要白白浪費(fèi)匯流液體的能

10、量；在實(shí)際工作中，往往作降壓的緊急處理措施使用。吸入閥門調(diào)節(jié)：即調(diào)節(jié)吸入閥門的開度，改變泵的吸入壓力，使液體中的溶解氣體分離，當(dāng)自由氣體進(jìn)入泵腔后，可以改變泵的特性。實(shí)踐證明，與調(diào)節(jié)排出閥相比，這種調(diào)節(jié)方法可以節(jié)省能量；但使用此方法時(shí)，以不使泵內(nèi)發(fā)生氣蝕為前提。調(diào)節(jié)泵自身性能的方法有二：改變轉(zhuǎn)速和切削葉輪外徑。 改變泵軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)相似理論，對(duì)于同一臺(tái)離心泵，泵的主要參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：式中Q、H、Na轉(zhuǎn)速n時(shí)的流量、揚(yáng)程和軸功率； Q、H、Na轉(zhuǎn)速n時(shí)的流量、揚(yáng)程和軸功率nnQQ2)(nnHH 3)(nnNNaa由圖，只要能夠改變離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，就可以得到不同的泵性能，從而使工況的點(diǎn)發(fā)生變化。這種調(diào)節(jié)方法不造成能量損失，調(diào)節(jié)效率高；缺點(diǎn)是，需要變轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)（如直流電動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等）對(duì)于當(dāng)前普遍采用的異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心泵裝置，要實(shí)現(xiàn)調(diào)速，一是可以采用中間傳動(dòng)裝置（如液力偶合器、電磁離合器等），二是采用變頻調(diào)速裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)直接調(diào)速。車削葉輪外徑對(duì)于長(zhǎng)期固定在某工況下工作的離心泵，少量地車削掉葉輪的外徑可以達(dá)到改變工況點(diǎn)的目的。當(dāng)