高壓齒輪油泵的調(diào)節(jié)方式與能耗分析

高壓齒輪油泵的調(diào)節(jié)方式與能耗分析,高壓齒輪油泵是按照用戶的要求研制而成的,高壓齒輪油泵適用于輸送介質(zhì)溫度不高于200℃,粘度不大于1500mm2/s,含有非金屬雜質(zhì)的重油、柴油、煤焦油以及其它類低檔劣質(zhì)燃燒油等。
1 泵流量調(diào)節(jié)的主要方式
1．1 改變管路特性曲線
　　改變高壓齒輪油泵流量最簡(jiǎn)單的方法就是利用泵出口閥門的開(kāi)度來(lái)控制，其實(shí)質(zhì)是改變管路特性曲線的位置來(lái)改變泵的工作點(diǎn)。
1．2 改變高壓齒輪油泵特性曲線
　　根據(jù)比例定律和切割定律，改變泵的轉(zhuǎn)速、改變泵結(jié)構(gòu)（如切削葉輪外徑法等）兩種方法都能改變高壓齒輪油泵的特性曲線，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量（同時(shí)改變壓頭）的目的。但是對(duì)于已經(jīng)工作的泵，改變泵結(jié)構(gòu)的方法不太方便，并且由于改變了泵的結(jié)構(gòu)，降低了泵的通用性，盡管它在某些時(shí)候調(diào)節(jié)流量經(jīng)濟(jì)方便[1]，在生產(chǎn)中也很少采用。這里僅分析改變高壓齒輪油泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量的方法。當(dāng)改變泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量從Q1下降到Q2時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速（或電機(jī)轉(zhuǎn)速）從n1下降到n2，轉(zhuǎn)速為n2下泵的特性曲線Q-H與管路特性曲線He=H0+G1Qe2（管路特曲線不變化）交于點(diǎn)A3(Q2，H3)，點(diǎn)A3為通過(guò)調(diào)速調(diào)節(jié)流量后新的工作點(diǎn)。此調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)效果明顯、快捷、安全可靠，可以延長(zhǎng)泵使用壽命，節(jié)約電能，另外降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行還能有效的降低高壓齒輪油泵的汽蝕余量NPSHr，使泵遠(yuǎn)離汽蝕區(qū)，減小高壓齒輪油泵發(fā)生汽蝕的可能性[2]。缺點(diǎn)是改變泵的轉(zhuǎn)速需要有通過(guò)變頻技術(shù)來(lái)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速，原理復(fù)雜，投資較大，且流量調(diào)節(jié)范圍小。
1．3 泵的串、并連調(diào)節(jié)方式
　　當(dāng)單臺(tái)高壓齒輪油泵不能滿足輸送任務(wù)時(shí)，可以采用高壓齒輪油泵的并聯(lián)或串聯(lián)操作。用兩臺(tái)相同型號(hào)的高壓齒輪油泵并聯(lián)，雖然壓頭變化不大，但加大了總的輸送流量，并聯(lián)泵的總效率與單臺(tái)泵的效率相同；高壓齒輪油泵串聯(lián)時(shí)總的壓頭增大，流量變化不大，串聯(lián)泵的總效率與單臺(tái)泵效率相同。
2 不同調(diào)節(jié)方式下泵的能耗分析
　　在對(duì)不同調(diào)節(jié)方式下的能耗分析時(shí)，文章僅針對(duì)目前廣泛采用的閥門調(diào)節(jié)和泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)方式加以分析。由于高壓齒輪油泵的并、串聯(lián)操作目的在于提高壓頭或流量，在化工領(lǐng)域運(yùn)用不多，其能耗可以結(jié)合進(jìn)行分析，方法基本相同。
2．1 閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)的功耗
高壓齒輪油泵運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入泵軸的功率N為：
N＝vQH／η
式中N——軸功率，w；
Q——泵的有效壓頭，m；
H——泵的實(shí)際流量，m3/s；
v——流體比重，N/m3；
η——泵的效率。
當(dāng)用閥門調(diào)節(jié)流量從Q1到Q2，在工作點(diǎn)A2消耗的軸功率為：
NA2＝vQ2H2／η
vQ2H3——實(shí)際有用功率，W；
vQ2(H2－H3)——閥門上損耗得功率，W；
vQ2H2(1／η－1)——高壓齒輪油泵損失的功率，W。
2．2 變速調(diào)節(jié)流量時(shí)的功耗
　　在進(jìn)行變速分析時(shí)因要用到高壓齒輪油泵的比例定律，根據(jù)其應(yīng)用條件，以下分析均指高壓齒輪油泵的變速范圍在±20%內(nèi)，且高壓齒輪油泵本身效率的變化不大[3]。用電動(dòng)機(jī)變速調(diào)節(jié)流量到流量Q2時(shí)，在工作點(diǎn)A3泵消耗的軸功率為：
NA3＝vQ2H3／η
同樣經(jīng)變換可得：
NA3＝vQ2H3＋vQ2H3(1／η－1) （2）
式中 vQ2H3——實(shí)際有用功率，W；
vQ2H3(1／η－1)——高壓齒輪油泵損失的功率，W。
3 結(jié)論
　　對(duì)于目前高壓齒輪油泵通用的出口閥門調(diào)節(jié)和泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種主要流量調(diào)節(jié)方式，泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)節(jié)約的能耗比出口閥門調(diào)節(jié)大得多，這點(diǎn)可以從兩者的功耗分析和功耗對(duì)比分析看出。通過(guò)高壓齒輪油泵的流量與揚(yáng)程的關(guān)系圖，可以更為直觀的反映出兩種調(diào)節(jié)方式下的能耗關(guān)系。通過(guò)泵變速調(diào)節(jié)來(lái)減小流量還有利于降低高壓齒輪油泵發(fā)生汽蝕的可能性。當(dāng)流量減小越大時(shí)，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效率也越大，即閥門調(diào)節(jié)損耗功率越大，但是，泵變速過(guò)大時(shí)又會(huì)造成泵效率降低，超出泵比例定律范圍，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該從多方面考慮，在二者之間綜合出最佳的流量調(diào)節(jié)方法