若以經驗公式表示則
式中,K1,K2分別為比例常數。因為泵總是與一定的管路連接在一起工作的,它的排出量與壓頭的關系既與泵的特性有關,也與管道特性有關。所以在討論離心泵的工作狀態時,必須同時考慮泵和管道特性。管路特性就是管路系統中的流體流量與管路系統阻力之間的關系。管路系統的阻力包括(參照圖6—12)以下幾部分。
①管路兩端的靜壓差引起的壓頭hpohp=(p2-p1)/pg,式中p2,p1分別是管路系統出口和人口處的壓力,p為流體的密度,g為重力加速度。
②管路兩端的靜液柱高度hL,這項是恒定的。
③管路中的摩擦損失壓頭hfo、hf與流量的平方近似成比例關系。
④控制閥兩端節流損失壓頭hvo在閥門開度一定時,hv也與流量的平方成比例,但當閥門的開度變化時,hv也隨著改變。設Hl為管路總阻力,則
HL=hp+hl+hv+hf
上式即為管路特性的表達式,它的關系曲線示于圖6—12中。當整個離心泵系統達到穩定狀態時,泵的壓頭H必然等于系統總阻力HL,這是建立平衡的條件。圖6—12中C點是泵的特性曲線與管路特性曲線的交點,它是泵的一個平衡工作點。工作點C的流量應滿足一定的工藝要求,可以用改變hv,或其他手段來滿足這一要求。通常有下列控制方案。
1)直接節流法 即直接改變節流閥的開度,從而改變hv,造成管路特性變化,以達到控制目的。圖6—12表示這種控制方案和泵系統工作點的移動情況。如圖6—13所示,控制閥應裝在泵的出口管線上,而不應裝在泵的吸人口處。若閥裝在泵的吸人管道上,由于入,的存在,使泵的人口壓力比無閥時要低,從而可能使流體部分汽化,造成泵的出口壓力降低,排量下降,甚至使排量等于零,這種現象叫做“氣縛”;或者所夾帶的部分汽化產生的氣體到排出端后,因受到壓縮會重新凝聚成液體,對泵內機件產生沖擊,情況嚴重時會損壞葉輪和機殼,這種現象叫做“氣蝕”。
控制閥一般宜裝在檢測元件(如孔板)的下游,這樣將對保證測量精度有好處。此外,還需指出,控制閥兩端的壓差九,隨閥開度的變化而變化。開度增大,流量增加,但hv,反而減小。
上述控制方案的優點是簡便易行。但在流量小的情況下,總的機械效率較低。一般不宜用在流量低于正常排量30%的場合。
2)改變泵的轉速n 改變泵的轉速同樣可以起到控制流量的目的。這種控制方案以及泵的特性隨轉速n變化的情況示于圖6—14。在控制方案中需要調節原動機的轉速,例如采用調速電機,調節蒸汽透平的導向葉片的角度等。
采用這種控制方式,管路上無需裝控制閥。所以,HI。中的/l,這一項等于零,減少了阻力損耗,泵的機械效率得以提高。然而,不論是采用調速電機還是蒸汽透平,實施調速的設備費用都比較高,故這種控制方式大多被應用在大功率、重要的泵裝置上。
3)改變旁路回流量 這種控制方式,就是在泵的出口與入口之間增加一個旁路管道,讓一部分排出量重新回到泵的人口,從而可以控制這一部分的回流量來達到穩定排出量的目的。圖6—15是這種控制方式的示意圖。如果用于壓力控制,則如圖6—16所示。
這種控制方式,其實質也是改變管路特性來達到控制流量的目的。此時,管路特性是原管路系統和旁路管系統特性的并聯結果,如圖6—17所示。圖中7-為原管路系統的特性曲線,工為旁路管系統的特性曲線,將r和x的橫坐標相加所得的r/x曲線則為并聯管路系統的特性曲線。當旁路控制閥的開度改變時,工改變,并聯管路系統特性曲線也隨著變化,從而實際排出量得到了控制。顯然,采用這種控制方式,必然有一部分能量損耗在旁路管路和閥上。尤其對于大功率泵來說,在減小負荷時,泵所做的虛功增多。所以,總的機械效率較低,但它具有可用小口徑控制閥的優點。
綜上所述,直接節流法,方案簡單易行,控制靈敏,但能耗大,所以一般用于流量變化較小的場合;調速法反應慢,設備費用高,但能耗小。因此對于流量變化幅度大且要求控制靈敏度高的場合,可采用直接節流和調速法相結合的方式。
(2)容積式泵 屬于這種類型的泵有活塞式、柱塞式等往復和橢圓齒輪式、螺桿式等旋轉泵。泵的運動部件與外殼之間的空隙很小(理論上應沒有空隙),流體不能在縫隙中流動。其排量的大小與管路系統無關。往復泵只取決于它的沖程大小和單位時間內的往復次數,旋轉泵則又取決于轉速。它們的工作特性大體相同,如圖6—18所示。由于這類泵的排量與管路系統的阻力無關,故非但不能采用在泵的出口處直接節流的方法來控制其排量,反而要注意,一旦出口閥關閉,將由于泵的壓頭太高,造成毀機的后果。因此,針對容積式泵的這些特點,它們的控制方式有如下幾種。
1)改變原動機的轉速,此方法類同于離心泵的調速法。
2)改變往復泵的沖程。在大多數情況下,這種情況沖程的機構都比較復雜。因為要通過執行機構使沖程作連續變化,這在設計和制造上都有一定難度。只有在一些計量泵等特殊往復泵上,才考慮采用這種機構。
3)調節回流量。即在泵的出口與入口之間加一個旁路,通過調節旁路閥門的開度來達到控制實際排量的目的。這是一種最簡單易行的控制方式,其控制方案的構成與離心泵的調回流量法相同。
4)采用旁路調節來控制出口壓力,然后用直接節流閥控制其流量。顯然這兩個控制回路在動態上是關聯的。為此,在控制器參數整定時,應把它們的振蕩周期錯開。一般可以使壓力回路的操作頻率低一些,甚至整定成非周期的不振蕩過程,該控制系統如圖6—19所示。
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