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输油泵变频节能工艺技术研究

文档作者：孙邈，王岳，曲道天，马立新，孟祥谦文档来源：辽宁石油化工大学储运与建筑学院		点击数：	更新时间： 2021年10月10日
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一
66一 ■ 节能减排 2石0油10与年化第工13设卷备
输油泵变频节能工艺技术研究
孙邈，王岳，曲道天，马立新，孟祥谦
(辽宁石油化工大学储运与建筑学院，辽宁抚顺113001)
[摘 要] 本文对长输管道变频节能技术的工作原理进行了分析，通过实验对调节阀门开度和改变泵的转速~4-t2r对比。利用
变频技术可轻易地改变泵的转速，克服因关小阀门而产生的压头损失，使其输送压头减小了6．8m，节省能耗38％。
[关键词]输油泵；变频节能；工艺技术
1泵机组变频节能工艺理论分析
调速节能的原理在于提高泵机组的能量利
用率，使能量的需求与供应相匹配，减少能量损
失。能量利用率是对泵机组能耗评价的重要标
志， 它与管道设计、泵机选型、泵和电机的运行
效率有密切关系，可用式(1)表示：
、I，=H ／H6／rl b xrl ×100％
或 =(1一△ ／ 6)／116~rl。X100％ (1)
式中： 一能量利用率％ ；
r1b一泵的运行效率；
e一电机的运行效率；
Hx一需要的泵扬程，m；
Hb一泵出口实际扬程，m；
△H一泵的剩余扬程，AH=Hb—Hx，m。
从式(1)可知， 要提高能量利用率， 就
应提高泵和电机的运行效率，减小泵的剩余扬
程。当泵的制造技术达到一定水平时， 其效率
很难继续提高。目前国产高效离心泵的效率为
65％~75％， 尚有一定潜力可挖；进口优质泵的效
率为75％～90％ 。电动机的效率比较高， 一般在
90％ 以上。当泵和电机已经确定，系统的能量利
用率首先与泵的剩余扬程有关，其次是泵的运行
状态(是否在高区)。变频调速就是从这两个方
面来提高能量利用率， 从而达到节能目的。理论
上，通过适当调节可使剩余扬程为零，并使泵在
高效区工作。对剩余扬程较高的系统，其节能效
果是十分显著的。
由图1可知， 当系统在M点(通常称为泵和
管道系统的工作点)工作时，Hb和Hx相等，
AH=0，没有扬程损失，能量利用率较高。当操作
流量减少时，△H增大，扬程损失发生在出口节流
上。节流阀调节时，往往使泵偏离了高效区，使
泵的效率降低。
采用变频调速技术，则可调节泵的转速，使泵
的特性曲线下移(见图1)， 管道系统新的工作点
为P点，泵的出口扬程与管路总压降相等，没有剩
余扬程，不存在节流损失，因而能量利用率较高。
根据相似原理，调速后泵的效率近似相等，可保证
泵在高效区工作，因此节能效益十分可观。
H
曲线
图1 管路和泵的特性曲线
1．1比例定律
由于离心泵在某一恒定的转速下，只能有一组
H—Q、N-Q和n—Q性能曲线。改变泵的转速，将得
到不同的性能曲线，在不同转速下，泵相似工况点
的性能参数的变化规律用比例定律来确定。
当泵转速由n 变为n 时，若输进的介质不变，
根据相似定律，在不同转速下相似工况点的对应
参数与转速之间有如下关系：
Q1／Q2 】1／力2 (2)
Hl／H2=(／／l／n2) (3)
作者简介：孙邈(1 984一)，男，2007年本科毕业于辽宁石油
化工大学油气储运专业，现为辽宁石油化工大学油气储运专业在
读硕士研究生。
第6期 孙邈等输油泵变频节能工艺技术研究 一67一
N1／N2=(nl／n2) (4)
以上公式为比例定律的表达式， 根据比例定
律，可得到同一台泵(输送介质不变)在不同转
速下的性能曲线(见图2)。
H
H1
H2
Q： Q Q
图2 变速后H-O曲线的换算和相似抛物线
1．2相似抛物线
泵连续改变转速时，相似工况点移动的轨迹
曲线，即为相似抛物线。
由图2可知，如泵在转速n 时性能曲线H。一Q。
上有一工况点A。， 当转速变为n：、i1，⋯⋯ 时， 与
A，点相似的各工况点为A：、A，⋯⋯根据比例定律
有：
Ql／Q2~N1／1-12
凰／H2=(／'／l／m)
故日。／Q12=H ／Q： ／Q (常数)， 即
日=KQ (5)
式中：H一扬程，m；
Q～流量，m。／h；
n一转速，r／min；
l 随工况不同的常数。
1．3调速后泵的速度和轴功率
若实际输量为Qp，泵提供的扬程为Hp，泵的
速度及轴功率的计算步骤如下：
(1)求与P点相似的轨迹方程：
根据相似抛物线H=KQ ，得K=HpQ P，于是
H=KpQ ，对运行泵做轨迹方程，与泵在额定转速
n0下的性能曲线交于M点，于是可得M点对应的各
参数(QM、HM、rl M)(见图3)。
(2)计算调速后的转速：
Q(m rh) (
图3 调速泵性能曲线图
， ％
根据比例定律Q1／Q2：／'／1／，z2，调速后的转
述为n =(Q ／n )／Q (6)
(3)计算轴功率：
泵的轴功率为：N=pgQH／1000q
式中：N一轴功率，kW；
H一扬程，m
◇一流量，m ／s；
p一介质密度，kg／m ； ’
g__重力加速度，m／s ；
r1一泵效率。
故调速后泵的轴功率为：Ⅳ =pgQpH ／1000rl
若不调速而用出口调节流量，则当流量为Qp
时，泵的功率为
N=pgQpH／1000rl
故AⅣ=N—Np=pgQp／lOOO×(H／rl一日P／T1P)
根据相似定律， 相似工况点的效率大致相
等，因P点与M点为相似点，故： =T1 可在图
(3)中查到，于是：
AN=pgQp／lOOO×(日／11一日 ／n )
式中： rI—A点所对应的泵效率
2调速实例
对单泵操作进行优化调节实验，首先测定了
IHG32-125型离心泵在转速为2900r／min时的工
作情况，对其进行优化实验测试。实验数据见表
1，并由此绘出不同流量调节方式的特性曲线，
如图4所示。由实验可知，该泵的最高效率约为
35％ ，其最佳工作范围是4．5～6．5m ／h，与生产
厂家出具的测试数据一致。

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