离心泵效率（第4部分） – 效率保持

编者按

这是关于离心泵效率的6篇系列文章中的第4部分。

离心泵特别是API泵，为了满足设计所需的性能，或者为了同时满足不同工况点的性能，最常用及最便捷的方法是对标准（全直径）叶轮进行切割。然而，当切割量超过一定范围时，将会导致泵效率的显著下降（切割量的大小与泵的比转速相关）。当所需性能与标准设计叶轮性能不一致时，如何保持泵效率不变或变化较小？本文将为你分解。仅供参考。

前言

只要切割量相对较小，切割叶轮的离心泵的性能将遵循相似定律。许多专家建议将最大切割量限制在叶轮标准设计直径的10 %。但是，当查看一些制造商产品目录中的典型曲线时，可以发现很多泵型的切割幅度高达30 %到35 %。

在本系列文章的第3部分中，研究了蜗壳泵的蜗壳对水力效率的贡献。蜗壳的一个重要部位是蜗舌或分水角。其目的是保持流入喉部的流量，同时最大程度地减少回流至壳体的流量。蜗舌与叶轮叶片之间的最佳间隙，是在叶片叶尖通过期间不会产生压力脉动的最小距离。设计良好的泵将具有满足这些间隙标准的全尺寸叶轮。当叶轮被切割时，这个距离会增加，并允许更多的流体回流到壳体中。随着回流的增加，水力效率将下降。

切割叶轮的影响

图1显示了带有9英寸全尺寸叶轮并经3次切割的离心泵目录曲线。在最佳效率点（BEP）下，9英寸叶轮的水力效率为77 %；当切割到8英寸（切割11 %）时，BEP效率下降到74 %；切割量为23 %（7英寸）时，BEP效率下降到70 %；而切割量增加到33 %（6英寸）时，BEP效率下降至仅62 %。尽管制造商目录图中未显示，但如果切割量仅为6 %（8.5英寸）时，BEP效率将保持在77 %。制造商目录曲线上显示的仅是允许的切割范围，但不是最谨慎的切割范围（并未充分考虑对泵效率的影响，即不是最佳的切割范围）。

图1：带9英寸全尺寸叶轮并经3次切割的离心泵目录曲线

虽然在某些应用中，效率降低3 %是可以接受的，但7 %和15 %的效率降低却很少是可以接受的。如果必须对叶轮进行如此大的切割以满足使用工况要求，则是时候考虑使用/更换一台较小的泵。

改变转速

改变叶轮性能的另一种方法是改变叶轮的转速，这可以通过多种方式实现。图2显示了同一台泵通过改变转速得到的与图1（通过切割叶轮的方法）完全相同的4根曲线。这些转速变化是由变频器（VFD）控制的，因此曲线以Hz标记。其它变速选项包括皮带传动、液力偶合器和汽轮机驱动等。

图2：通过改变转速得到的与图1相同的4条曲线

结果是，BEP效率在较宽的转速范围内保持全速（全直径）效率（77 %）。发生这种情况的原因是叶轮周边到蜗舌的间隙保持不变，回流仅限于其设计条件。相似定律在该范围内也适用。

总结

当泵的运行工况点与标准设计（全直径叶轮）的最佳效率点相近时，切割叶轮是最常用及最便捷的改变泵性能的方式（泵的效率变化相对较小）。

当泵的运行工况点与标准设计（全直径叶轮）的最佳效率点相距较远时，也许改变转速是最佳的改变泵性能的方式（可以使泵的效率保持相对恒定）。

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