离心泵能量损失分析与对策研究

摘要：离心泵在实际的运行中会有很多因素造成能量损失，减少离心泵的能量损失是提高离心泵工作效率的重要途径。文章通过分析找出造成能量损失的原因，结合实际的工作经验提出相应的应对措施。提出的措施能够有效的减少离心泵的能量损失。

关键词：容积损失；离心泵；机械损失；水力损失

引言

离心泵在供排水、军工、医药、石油化工等领域已经得到了广泛应用，因此它的工作效率与可靠性也越来越成为相关企业的研究重点。离心泵受加工工艺以及工作环境的影响，会存在机械损失、容积损失以及水力损失。针对造成离心泵能量损失的原因，提出相应的解决措施，从而提高泵的工作效率，对于节约能源、创建节约型社会具有十分重要的意义[1]。

1 离心泵的能量损失分析

1.1 离心泵的能量损失

（2） 容积损失

容积损失主要是高压液体在泵内流动以及向泵体外泄露引起的。一部分液体经叶轮与泵壳密封环之间的缝隙流向低压区，还有一部分液体经过轴与泵壳的封装装置泄露，造成实际流量降低，产生容量损失。同时各个密封处的磨损增大时，漏失量就会增加，从而容积损失增大。

（3） 机械损失。机械损失是指叶轮盖板侧面与液体之间的摩擦造成的损失，及其泵轴的密封装置、轴承等之间旋转的摩擦造成的损失。显然减少各处摩擦可以降低机械损失。

（4） 运行环境对泵的影响。离心泵在不同工作情况下工作效率是不同的。效率会随着流量的增加而提高，当到达最大值后，还会随着流量增加而降低。效率最高点又称作最优工况点。

管路中的能量损失包括两个部分：一部分是液体从管路的起点到终点势能的变化量，即起点与终点的高度差；另一部分是液体沿管路流动时，与管壁摩擦而消耗的能量，称为管路摩擦损失，它包括吸入管路与排出管路中各项阻力损失与局部阻力损失。影响管路摩擦损失的因素有液体黏度、流量、管路内径与长度以及管路内壁粗糙度等多中因素。在提高离心泵效率的同时，有效降低离心泵管路的能量损失也具有至关重要的意义。

2 能量损失原因分析

水泵效率的高低取决于两个方面，一个方面是离心泵的固有特性，另一个方面，在很大程度上又取决于离心泵的使用状况。若维修与使用不当，即使性能很好的离心泵也不能高效经济的运行。

（1） 轴承的摩擦损失在正常情况下可以认为不会发生变化。但是当机组发生震动或者轴的润滑度不够时，都会加剧轴承的磨损，从而增大了摩擦造成的损失。

（2） 传统方式是通过编织材料压缩来填充磨损产生的缝隙。当轴承密封处的填料函填料挤压过紧，填料与轴套的摩擦系数就会增大，从而增加机械造成的损失。反之，填料函填料挤压过松或编织填料密封受损，液体泄漏量增大，在离心泵吸程较大时，不仅汽蚀量增加，而且填料函的密封腔将变为负压，破坏水封。从而导致填料函密封处产生泄露现象[3]，空气进入机体，增加了容积损失。

（3） 长期受流体的腐蚀以及加工工艺差。铸铁泵壳腔室与叶轮表面的防腐层脱落或受流体严重侵蚀后，流道表面会呈现溃疡状的分布，叶轮表面出现气蚀的点。而破坏流道形状与轮廓，水流在叶轮与泵体内流动的摩擦也会相应增加，这就增大了力损失。

3 降低能量损失分的对策

由以上分析可以得出，若要降低离心泵运行中的各个能量损失应该从减少容积损失，提高容积效率；减少摩擦损失 ，提高机械效率；减少水力损失，提高机器效率；改进系统，提高机组效率；维护修复离心泵，保持离心泵的运行工况良好，减少能量损失。具体的解决措施有以下几种。

3.1 避免摩擦损失过大

一般要使用震动仪对机组进行定期的检修，记录机组时震动值的变化，分析造成震动加剧的因素，同时还要定期对检查机组运行时的震动频谱进行分析，准确判断各个机件的磨损状况以及离心泵机组的运行情况，提高设备的维修水平。同时要对腐蚀性较强的污水采取脱氧、添加缓蚀剂等方法降低对流道的腐蚀，加强部件防腐措施，可以有效防止因腐蚀而增大摩擦、磨损；确保润滑油充足、品质良好， 尽可能减少水路、油路的固体杂质，减少摩擦、磨损；选用新型材料，减少摩擦，提高部件抗磨能力；优化管路系统设计，尽可能简化辅助系统，减少突变，确保管路通畅，以减少管路摩阻损失。

3.2 注入式的泥状填料密封

采用注入式的泥状填料可以有效减少机械损失与轴密封泄漏的损失。

（1） 密封的方法与原理。填料函的两侧安装挡环，使用高压注入枪将泥状填料函内，运转过程中，离心泵泥状填料的芳纶纤维会缠绕在轴上，并同步旋转，形成旋转层；黏附在填料函内部表面的泥状材料会形成不动环。填料层剪切运行，由于泥状填料间的吸引力较小，故层间的摩擦系数也很小。在离心泵运转时，芳纶纤维较好的刚度能够使剪切后的层状材料之间生成很多槽或齿，形成迷宫式的间隙。进而实现填料密封的作用，具有较小的摩擦与良好的密封性能。另泥状填料也会填补轴套外圆上的不足，延长轴套的寿命，同时减少轴套维护工作量。

使用高分子材料对泵腔以及叶轮表面进行涂敷修补，能够增加泵腔与叶轮表面的光滑度，改善液体流动的水力条件，并减少水力损失。这对于提高离心泵效率有很大的积极作用。具体的修复方法如下：

（1） 对离心泵泵腔与叶轮表面做喷砂处理，除去腐蚀层与污垢使其表面粗糙度降到75 m，然后再进行清理。

（2） 填补修复泵腔内部流道与叶轮表面因摩擦与气蚀造成的凹陷部位。并对密封环座的表面也进行材料填补，以恢复离心泵内流道的形状与轮廓。

（3） 常温下对金属表面喷涂保护涂层，且涂层表面需要相应的固化时间。

（4） 喷涂高分子增效涂层，提高表面光滑度，在高分子材料完全固化后，离心泵便可投入使用。

叶轮与泵腔内流道表面的缺陷修复使离心泵流道的原有形状与轮廓得以保持，喷涂保护层与增效层能够使流道与叶轮表面更加光滑，从而减少了液体在离心泵内部流动的摩擦，能够有效减小水力损失。

4 效果验证

2007年某水厂在离心泵的维护中，着重选用优质配件，改进密封方式，加强流道腐蚀及水处理，提高检修质量，及时调整系统运行状态，加强监控等措施来减少离心泵能量的损失，取得了很好的效果。

（1） 选用优质配件。优质配件的结构角度与粗糙度参数会更加科学。加工精度高的配件运行能量损失小，且耐磨性高。

（2） 改进密封方式。由实践经验得到小功率离心泵使用机械密封，大功率离心泵使用螺旋密封，同时采用注入式填料可以有效减少摩擦损失，还能延长配件的使用寿命

（3） 加强流道腐蚀及水处理。对离心泵内部流道配件涂敷高分子涂层，如树脂涂层，有效的改善了流道粗糙度与防腐蚀能力[5]。

（4） 提高维护质量。选用工艺参数允差中的最优范围，提高安装精度，使用定扭矩紧固机代替手动紧固螺栓，可以有效降低容积损失与振动时的能量损失。

（5） 调整系统运行状态。及时调整系统运行状态至最优工况点，使用调节出口电磁阀的方法改变泵内流量。使用综合参数测量仪动态地测试泵效可以确定系统最优工况点，如表1所示。

（6） 加强状态监控。状态监控要与日常的维护相结合，对有故障隐患的设备加强跟踪监测，若发现故障前兆即及时进行调整、检修。这样减少了设备故障与能量损失。

通过使用多种的改进措施，有效降低了离心泵的能量损失。

2008年某水厂A泵房、B泵房送水泵实施了涂层节能防腐改造工程，下面表格是2008年7月工程实施后能耗的数据监测。数据包括改造前后历年来水厂生产统计数据和用电单价。

结合有关的经验公式：节省电量=（改造前配水单耗-改造后配水单耗）×供水压力×供水水量，我们可以计算得出在2007年使泵效平均提高了到2%至3%。如离心注水泵，每天运行约45套，每套机组平均功率为2000KW，如果泵效提高至2%，每年就可节约电1.5768x107 kW・h，具有很高的经济效益。

5 总结

对于大量使用大功率离心泵的企业，泵效提高无疑会给企业带来巨大的经济效益。通过叶轮切削与变频调速可以改变离心泵自身特性进而减少能量损失。结合先进技术加强维护离心泵，改善离心泵运行状况，减少离心泵能量损失，同样也可以提高离心泵的工作效率。

参考文献