离心泵是最常见的液体输送设备。它主要是由叶轮和机壳组成,叶轮在原动机带动下作高速旋转运动。离心泵的出口压头由旋转叶轮作用于液体而产生离心力,转速越高,离心力越大,压头也越高;因离心泵的叶轮与机壳之间存在有空隙,所以当泵的出口阀完全关闭时,液体将在泵体内循环,泵的排量为零,压头接近最高值。此时对泵所做的功被转化为热能而散发,同时也使泵内液体温度升高。所以,离心泵不宜长时间关闭出口阀。随着排量逐渐增大,泵所能提供的压头慢慢下降。
离心泵流量控制的目的是要将泵的排出流量恒定于某一给定的数值上。离心泵的流量控制主要有三种方法。
1.直接节流法
即直接改变节流阀的开度,从而改变控制阀两端节流损失压头h,造成管路特性变化,以达到控制目的。图2-1表示了这种控制方案和泵系统工作点的移动情况。在一定转速下,离心泵的排出流量Q与泵产生的压头H有一定的对应关系。在不同流量下,泵所能提供的压头是不同的,曲线A称为泵的流量特性曲线。泵提供的压头必须与管路上的阻力相平衡才能进行操作。克服管路阻力所需压头大小随流量的增加而增加,如曲线1所示。曲线1称为管路特性曲线。曲线A与曲线1的交点C₁即为进行操作的工作点。此时泵所产生的压头正好用来克服管路的阻力,C₁点对应的流量Q₁即为泵的实际出口流量。
当控制阀开启度发生变化时,由于转数是恒定的,所以泵的特性没有变化。但管路上的阻力却发生了变化,即管路特性曲线不再
是曲线1,随着控制阀的关小,可能变为曲线2或曲线3了。工作点就由C₁移向C₂或C₃,出口流量也由Q改变为Q₂或Q₃。以上就是通过控制泵的出口阀开启度来改变排出流量的基本原理。
采用本方案时,要注意控制阀一般应该安装在泵的出口管线上,而不应该安装在泵的吸入管线上(特殊情况除外)。若阀装在泵的吸入管道上,由于控制阀两端节流捌失压头的存在,使泵的入口压力比无阀时要低,从而可能使流体部分气化。造成泵的出口压力降低,排量下降,甚至使排量等于零,这种现象叫做“气缚”;或者所夹带的部分气化产生的气体到排出端后,因受到压缩会重新凝聚成液体,对泵内机件产生冲击,情况严重时会损坏叶轮和机壳,这种现象叫做“气蚀”。控制阀一般宜装在检测元件(如孔板)的下游,这样将对保证测量精度有好处。此外,控制阀两端的压差h,随阀开度的变化而变化。开度增大,流量增加,但hv,反而减小。
采用直接节流法的方案简单可行,是应用最为广泛的方案。但是,此方案总的机械效率较低,特别是控制阀开度较小时,阀上压降较大,对于大功率的泵,损耗的功率相当大,因此是不经济的。
2.控制泵的转速
这种控制方案以改变泵的特性曲线,移动工作点,来达到控制流量的目的。图2-2表示这种控制方案及泵特性变化改变工作点的情况。当泵的转速改变时,泵的流量特性曲线会发生改变。图2-2(a)中曲线1、2、3表示转速分别为n₁、n₂、n₃时的流量特性,且有n₁>n₂>n₃。在同样的流量情况下,泵的转速提高会使压头H增加。在一定的管路特性曲线B的情况下,减小泵的转速,会使工作点由C,移向C₂或C₃,流量相应也由Q₁减少到Q₂或Q₃。
这种方案从能量消耗的角度来衡量最为经济,机械效率较高。但调速机构一般较复杂,多用在蒸汽透平驱动离心泵的场合,此时仅需控制蒸汽量即可控制转速。
3.旁路法
在泵的出口与人口之间加一旁路管道,让一部分排出量重新回到泵的人口。这种控制方式实质也是改变管路特性来达到控制流量的目的。当旁路控制阀开度增大时,离心泵的整个出口阻力下降,排量增加,但与此同时,回流量也随之增大,最终导致送往管路系统的实际排量减少。
显然,采用这种控制方式必然有一部分能量损耗在旁路管路和阀上,所以,机械效率也是较低的。但它具有可采用小口径控制阀的优点,因此在实际生产过程中仍有一定的应用。