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

1、7-4 7-4 離心泵的離心泵的裝置特性裝置特性與工況調(diào)節(jié)與工況調(diào)節(jié) 一、一、泵在單管路上工作泵在單管路上工作 二、二、泵在多管路上工泵在多管路上工 作作 三、三、泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況的調(diào)泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況的調(diào) 節(jié)節(jié) 返回 離心泵必須與管路等組成一個系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)液體的輸送。 這個系統(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，其吸入口與吸入管相連接，排出口與排出管路相連接， 形成一個串連系統(tǒng)。 輸送液體時，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

2、線關(guān)系，即 。對于具體的 系統(tǒng)， 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 hHHH st 2 ) (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)一般是指兩臺以上的泵安裝在一起，自同一個吸入池吸液，并向同 一個目標(biāo)排液的工作方式，主要目的是增大流量。 假設(shè)兩臺性能不相同的離心泵自同一個吸

3、入池中吸入液體，且由液面到 匯合點(diǎn)O的距離很小。 這樣，兩臺泵將在同一總揚(yáng)程下工作，即HH1H2；總流量QQ1 Q2。 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。 1.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 臺泵的工況點(diǎn)。 如果每臺泵各自單獨(dú)在該管路上工作，則工況點(diǎn)分別為M1、M2。 當(dāng)兩臺性能不同的泵并聯(lián)工作時，其最高揚(yáng)程限制在低揚(yáng)程泵的范圍內(nèi) 兩臺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

4、干點(diǎn)作水平線， 將其流量增加一倍，按照這些新的點(diǎn)就可以得到兩臺泵并聯(lián)后的總性能曲 線。 并聯(lián)后的總性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)為總的工況點(diǎn)。 可以看出，兩臺泵并聯(lián)工作時M點(diǎn)的總流量大于單臺泵工作時M1和M2 點(diǎn)的流量； 同樣，泵并聯(lián)工作時的揚(yáng)程也比單臺泵的高。 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)到這個目的 但并聯(lián)工作泵的臺數(shù)越多，增加流量的效果越不明顯。 串聯(lián)一般是指前面一臺泵的出口向后面一臺泵的入口輸送液體，主要目的 是提高揚(yáng)程，增加輸送距離。 兩臺相距很近的泵串聯(lián)工作時，各自流量相同，即QQ1Q2；總揚(yáng)程 等于同一流

5、量下兩臺泵的揚(yáng)程之和，即HH1H2； 將兩臺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 2.泵的串聯(lián)工作 串聯(lián)后總性能曲線（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)工作時單泵的工況點(diǎn)。 對于兩臺性能不同的泵，只能在低流量泵的范圍內(nèi)才可以串聯(lián)工作。 當(dāng)兩臺相距遙遠(yuǎn)的泵串聯(lián)在一條管路上工作，例如長輸管道輸送原油時， 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

6、使揚(yáng)程提高，而流量變化較小。 二、泵在多管路上工作 1.泵在分支管路上工作 由一臺（或數(shù)臺）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+

7、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)對應(yīng)的流量分別是管路 BC和BD中的流量，且QQMQBCQBD 兩臺以上的泵從不同的地點(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。 在這個系統(tǒng)中，兩臺泵的性能、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。 2.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、

8、BO同流量 時消耗的壓頭，得到位于0點(diǎn)的泵的剩余壓頭曲線（HQ）1和（H Q）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（HQ）（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QM QAOQBO。 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

9、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，管路特性曲線為（HQ）1，與泵特性曲 線（HQ）的交點(diǎn)為M1，對應(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)的方法簡單易行，但隨著節(jié)流 程度增加，阻力增大，能量損失

10、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，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，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)

11、速 根據(jù)相似理論，對于同一臺離心泵，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時的流量、揚(yáng)程和軸功率； Q、H、Na轉(zhuǎn)速n時的流量、揚(yáng)程和軸功率 n n QQ 2 ) ( n n HH 3 ) ( n n NN aa 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)速的動力機(jī)（如直流電動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等） 對于當(dāng)前普遍采用的異步電動機(jī)驅(qū)動的離心泵裝置，要實(shí)現(xiàn)調(diào)速，一是 可以采用中間傳動裝置（如液力偶合器、電磁離合器等），二是采用變頻 調(diào)速裝置對電動機(jī)直接調(diào)速。 車削葉輪外徑 對于長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。