比例定律用于有静扬程系统转速比的修正

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1、比例定律用于有静扬程系统转速比的修正*周昌静＊＊1，2陈国明1李伟1陈永超1(1．中国石油大学海洋油气装备与安全技术研究中心;2．中国石油大学(华东)化学工程学院)摘要通过改变转速对有静扬程管路系统进行流量调节时，可按比例定律计算所需转速，泵提供的能头小于管路所需能头，泵无法正常工作。通过分析管路特性和比例定律中转速比和流量比的关系，对有静扬程系统泵的转速比和流量比关系进行数学修正，建立有静扬程系统不同流量下泵工作参数关系。有静扬程管路系统流量调节试验结果和修正公式计算结果具有很好的一致性，证明应用修正后的转速比和流量比的关系可以正确计算有静

2、扬程系统工况调节所需的转速。关键词泵中图分类号静扬程流量调节比例定律数学修正文献标识码文章编号0254-6094(2012)06-0736-04TQ051．21A对于需要在变流量系统中工作的泵来说，转速调节已被证明是节能的方法之一［1，2］。由于比例定律简单、方便，常用来确定调节所需转速、估算离心泵变速调节的节能效果［3，4］。然而，对于应用比例定律计算变速调节节省的能量还有许多争议［5～7］。实际上，变速调节的节能效果与管路特性具有密切的关系，对于特性不同的管路，不能简单地套用比例定律计算调节流量所需的转速和节能效果。若管路系统有静扬程要求

3、，因管路特性具有静扬程已不再是通过坐标原点的抛物线，故如果再直接应用比例定律公式计算会导致节省的能量被高估［8］。文献［9］中对管路背压对节能效果的影响进行了分析，但并未指出比例定律在有静压系统中不再适用的根本原因。文献［10，11］提出有静扬程系统转速调节的方法，但都为图解法，工程应用很不方便。笔者通过分析流量调节后泵的特性和管路特性的变化，阐述了比例定律不再适用于有静扬程系统的根本原因，通过确定有静扬程管路系统泵的最小工作转速，对有静扬程管路系统流量变化后泵的转速比关系进行了数学修正。1基本方程由于离心泵在某一恒定的转速下，只能有一组H-

4、Q、N-Q和η-Q性能曲线。改变泵的转速会得到不同的性能曲线，在不同转速下，泵相似工况点性能参数的变化规律用比例定律来确定。当泵转速由n1变为n2时，若输送的介质不变，根据相似定律，则在不同转速下相似工况点的对应参数与转速之间有下列关系:n2Q2=(1)n1Q1(n2)2H2=(2)n1H1(n)3n2N2=N(3)11式中H———扬程，m;N———功率，kW;n———泵轴每秒旋转的次数，r/s;Q———体积流量，m3/s。式(1)～(3)即为比例定律表达式。它们表示对同一台泵相似工况下Q、H、N与n之间的比例关系。1．2管路特性离心泵沿一条

5、管路输送一定量的液体时，泵传递给液体的能头一部分用于提高液体的位高，克服管路两端压力差，一部分用于克服液体沿管泵的比例定律1．1＊国家科技重大专项课题(2008ZX05026-001-12)。＊＊周昌静，男，1978年11月生，讲师。山东省青岛市，266555。第39卷第6期化工机械737路流动时的各种流动损失。提高位高和克服压力差所需要的能头与管路中的流量无关，而克服单位质量液体流动损失管路所需的能头则与液体流速的平方成正比，即与流量的平方成正比。这样管路特性曲线方程可表示为:节，管路所需能头与泵提供给流体能头的关系为:22h2－H2=(1

6、－Q2/Q)H(10)1pot由式(10)可见，若流量变小(Q2＜Q1)，则泵需降速，按比例定律调速，泵提供的能头小于管路所需能头;若流量变大(Q2＞Q1)，则泵需升速，按比例定律调速，泵提供的能头大于管路所需能头，且静扬程越大，流量变化越大，管路所需能头和泵提供能头之间差别越大，所以比例定律不能用于有静扬程系统流量的调节和泵转速调节所需转速的确定。2(4)h=Hpot+kQ其中，h为管路系统所需扬程或能头，Hpot为静扬程，即液体通过管路位能和压能的提高;k为管路特性系数，与管路长度、管路横截面积及阻力系数等有关。无静扬程系统中，静扬程Hp

7、ot为0，流量为0时，管路系统需要能头为0，管路特性曲线为通过坐标原点的抛物线。有静扬程系统，流量为0时，管路所需能头不再为0，管路特性曲线不再通过坐标原点。2改变转速调节流量系统特性分析在流体泵送过程中，泵和管路组成一个泵送系统。在这个泵送系统中，要遵守质量守恒和能量守恒两个基本定律，即泵所排出的流量等于管路中的流量;单位质量流体所获得的能头H等于流体沿管路输送所消耗的能头h。这样泵送系统才能保持稳定工作。泵和管路任何一方工况发生变化，都会引起整个系统工作参数的变化。流量改变后，管路所需能头自然改变，泵所提供的能头也要相应的变化。通过改变转

8、速进行泵的流量调节，按照比例定律可知泵的工作参数相应地变为:有静扬程系统转速比公式的修正从前面的分析可以看出，比例定律可以直接应用于无静扬程系统确定流量调节所需转速