离心泵工艺流程

风机水泵类负载多是按满负荷工作来选型的，然而，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态。常用挡风板、回流阀或开停/机时间，来调节风量或者流量；同时大电机在工频状态下频繁开/停比较困难，势必造成开/停机时的电流冲击，由此造成了电能的损失和设备的损坏。采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种科学的控制方法，当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的(80%)3，即51.2%，除去机械损耗及电机铜、铁损等影响，节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电流冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。目前，为达到节能目的而推广使用变频器已成为厂矿企业节能工作的重点。

2 工业锅炉燃烧过程的变频调速系统设计

工业锅炉根据采用的燃料不同，通常分为燃煤、燃油和燃气三种。这三种锅炉的燃烧过程控制系统基本相同，只是燃料量的调节手段有所区别。在各种民用、工业锅炉热工自动控制过程中，锅炉燃烧过程的自动控制是一项重要的控制内容。传统的控制方案中，鼓、引风机的风量一般采用风门挡板控制，炉排电机及给粉机采用滑差调速，其弊端是调节不及时，操作复杂，不能确保锅炉的最佳运行状态，浪费能源。对工业锅炉燃烧过程实现变频器调速主要是通过变频器调节送风机的送风量、引凤机的引风量和燃料进给。

2.1 技术参数及使用环境

（1）锅炉容量：2～220T/h

（2）可变频率范围：0～60Hz

（3）适用电机功率范围：11kW～280kW

（4）控制精度：±1%

（5）工作电压：380V±10%

（6）环境温度：-10℃～50℃

（7）空气相对湿度：小于90%RH，无凝露；

（8）设置场所：无剧烈振动、冲击，无导电性气体或尘埃。

考虑到原系统均全天运行，为使系统可靠、节能，操作、维护方便，改造后新的控制系统结构如图1所示，引风机（37kW）、鼓风机（24kW）、供水水泵（22kW）均采用单回路控制，风机均采用恒压变流量控制方式，水泵采用恒液位控制方式。风机的控制回路均由压力传感器、压力控制器及变频器组成，水泵控制回路由液位传感器、水位控制器及变频器组成。水位、压力均采用数字方式显示和控制。

图1 锅炉风机、水泵改造系统原理图

新的锅炉燃烧控制系统只是将原系统的阀门开度控制信号转接到变频器上，改造的工程量很小，但带来的好处是多方面的。首先是执行机构，包括变频器、风机、电机的线性度大大改善了，因为变频器输出的是频率，即速度控制信号，而风机的风量是与速度成正比的，其次执行机构的反应时间比阀门要快，且是由变频器编程设定的，这两点都有利于控制精度的提高和系统的稳定性。系统的最大的优点正如上面讨论的那样，大大节约了风机消耗的电能，降低了锅炉生产的成本。

2.4 新的工业锅炉燃烧过程的变频调速系统的功能及特点

（1）采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著。

（2）采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击。

（3）电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响。

（4）具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。

（5）本方案运转状态灵活多样，可完全实现自动控制，且可与锅炉其它自控装置进行电器联锁，实现锅炉的自动保护及计算机控制，不会因事故影响生产。

（6）安装时可不破坏原有的配电设施及环境，不影响生产。

（7）只需调节电位器旋钮即可调整风量,操作方便。

3 变频调速节能分析

3.1 节能效果分析

阀门的开启角度与管网压力、流量的关系如图2所示。

图2 阀门位置与压力流量关系图

当电机以额定转速n0运行，阀门角度为a0（全开）；当阀门开启角度变化（a，a1）时，管道压力与流量只能是沿A、B、C点变化。即若想减小管道流量到Q1，则必须减小阀门开度到a1，这使得阀前压力由原来的P0提高到Pq。实现调速控制后，阀后压力由原来的P0降到Ph。阀前阀后存在一个较大的压力差

ΔP=Pq-Ph （1）

如果让阀门全开（开度为a0），采用变频调速，使风机转速降至n1，且流量为Q1，压力为Ph，这样在工艺上则与阀门调节一样，达到对流量或压力的控制要求。但是，在电机的功耗上则大不一样。风机水泵的轴功率与流量和扬程（压力）的乘积成正比。在流量为Q1，用阀门节流时，令电动机的轴功率为Nf=KPhQ1，比阀门节流节省的电能为：

（2）

由式(2)和图(2)可知，流量越低，阀门前后开度差越大。这就说明了用变频调速在流量小，转速低时，节能效果越好。

目前还有很多锅炉燃烧控制系统中的风量调节还是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。为了节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速方式实现风机、泵类的流量（或压力）控制，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点。

3.2 节能效果计算及实测值

以抚顺钢厂热力工段百吨锅炉为例。

（1）锅炉现有鼓风机一台，配用24kW电机，风量在80%～30%之间变化，设电机全速供风量为Qn，空载损耗为0.1(Y0=cosnt)，每天总供风量为60%Qn，则全速功率：Pp=(24-24×0.1)kW=21.6kW。

变频时，每天只需功率：

Pm2=(2.4+(60%))3×21.6)kW=7kW

节约的功率：

实测值12.4kW

如果电费按0.7元/kW·h计算，每年节约的电费:12.4kW×24h×365×0.7元/kW·h=7.6万元

（2）锅炉现有引风机一台，配用37kW电机。风量在90%～70%之间变化，设电机全速供风量为Qn，空载损耗为0.1(Y0=cosnt)，每天总供风量为80%Qn，则全速功率:Pp=(37-37×0.1)kW=33.3kW。

变频时，每天只需功率：

Pm2=(3.7+(80%))3×33.3)kW=20.75kW

节约的功率：

实测值10.5kW

如果电费按0.7元/kW·h计算，每年节约电费：

10.5kW×24h×365×0.7元/kW·h=6.5万元

（3）每年总节约的电费：

7.6+6.5=14.1万元

由以上情况可知，半年内轻易可收回投资。

格兰富、日井、凌霄GRAFER、渝乐这几个牌子都不错。

增压泵特点：

1、维护简单：增压泵的零件及密封少，维护简单且成本低着一起复增压。

2、性价比高：增压泵具有输出性能高而成本低的特性。

3、可调性强：增压泵输出压力和流量都由驱动气体的压力调节阀准确地调节。

4、调节驱动气压，使气压管道增压泵的输出压力在预增气压和最大输出压力之间精确调整。

5、输出压力高：气动液体管道增压泵的最高工作压力可达到700Mpa，气动气体管道增压泵的最高工作压力可达到300 Mpa。

6、材质优良：增压泵高压部分材质为硬质铝合金。高压柱塞材质为不锈钢。并采用双层密封。关键部位材质可以根据介质性制选配。

一、格兰富

一个全球知名的泵业，在业内有很强的竞争力。该公司规模较大，它每年的生产量都将近上千万台。格兰富家用增压泵质量稳定，产品大多采用的是全自动增压送水、静音无泄漏、外观铸铁。

使用寿命长，即使是使用10年以上也不容易出现生锈现象，用水起来较为安全卫生。冷热水均能增压，智能感应，无需手动操作，使用更便捷。

二、日井

浙江曰井有限公司是一家专业从事各类水泵及控制设备的制造和买卖。曰井水泵秉承着“质量”“创新”“科学”的经营原则。

并致力于提供技术高品质，高效率，节能，创新的产品和服务。曰井已建立完整的全自动电脑水泵测试平台，并拥有一支专业的研发团队和先进的生产装备线。

三、凌霄

广东凌霄泵业股份有限公司是国内生产小型民用水泵实力最强的企业之一，有自营进出口权。被国家定为中型二级企业，是广东省高新技术企业。

公司建成“电泵技术工程开发中心”，配备了同行业最先进的技术开发、生产加工、产品质量测试、检验设备。水泵生产具有独特的一体化生产工艺流程。技术性能和产品质量处于国内领先水平。

选购要点：

衡量水泵性能的好坏，功率大小并不重要，而是机组效率。在同等扬程、同等流量的情况下，功率小 的效率高，也就是说性能好。

水泵有最高扬程流量和额定扬程流量的标注方法，市场上大多数水泵都以最高扬程流量来标注，有些厂家水泵的标注很离谱，如普通的90w和120w铜泵头增压泵，标准功率为80w（最高扬程10米）和120w（最高扬程13米）。

水泵选型需根据现场来决定，如：管路长短，管径大小，弯头多少，热水器容量，热水器类型，喷头出水量等等。特别是承压式电热水器，由于其装置特殊，须选用出水量稍大的水泵，小流量水泵难以起到效果。

管道增压并不是安装了水泵就万事大吉，造成低水压的原因有很多种，典型的如管道老化，特别是镀锌管，使用多年后会逐渐锈蚀，导致管道堵塞引起水流减少；还有90度弯头过多，也会造成出水量减少，像这些原因造成的水压偏低，装了水泵后效果很不明显。

多级泵也称多级离心泵是水泵和阀门机械设备中常用的一种设备。在使用之前，我们有必要先了解其性能和工作原理。下面就介绍一下多级泵工作原理。

多级泵其实也是一种离心泵，它是将两个或两个以上具有相同功能的离心泵组合在一起。在流体通道结构上表现为级的出水口和二级的进水口相通，呈现串联结构，构成了多级离心泵。

多级泵的输出水压可能非常大，它是一种离心泵，并且还依靠叶轮的旋转来获得离心力，从而进行输送。当气体密度达到机械真空泵的工作范围时，将其抽出，从而逐渐获得高真空。多级泵依靠泵腔容积的变化来实现吸，压缩和排气，因此它也是一种可变容积的离心泵。

当多级离心泵电动机驱动轴上的叶轮高速旋转时，由于叶轮的流动，叶轮中填充的液体会沿着叶片之间的流动路径从叶轮的中向叶轮周围抛出，压力和速度同时增加，并通过导向壳的流道被引导到下级叶轮。这样，所有的叶轮和导向壳都相继流过，进一步增加了液体的压力能量。在逐步堆叠每个叶轮之后，获得一定的扬程。

第一节 选用原则

泵是一种面大量广的通用型机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。据79 年统计，我国泵产量达125.6万台。泵的电能消耗占全国电能消耗的21%以上。因此大力降低泵有能源消耗，对节约能源具用十分重大的意义。

近年来，我们泵行业设计研制了许多高效节能产品，如 IHF、CQB、FSB、UHB等型号的泵类产品，对降低泵的能源消耗起了积极作用。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型 不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能源。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。

所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：

必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点（装置特性曲线 与泵的性能曲线的交点）经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件。

所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。

具有良好的抗汽蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生汽蚀，运行平稳、寿命长。

按所选水泵建泵站，工程投资少，运行费用低。

第二节 选型步骤

一、列出基本数据：

1、介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。

2、介质中所含因体的颗粒直径、含量多少。

3、介质温度：（℃）

4、所需要的流量

一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。农业用泵如果是采用明渠输水，还必须考虑渗漏及蒸发量。

5、压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降（扬程损失）。

6、管道系统数据（管径、长度、管道附件种类及数目，吸水池至压水池的几何标高等）。

如果需要的话还应作出装置特性曲线。

在设计布置管道时，应注意如下事项：

A、合理选择管道直径，管道直径大，在相同流量下、液流速度小，阻力损失小，但价格高，管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑。

B、排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力。

C、管道布置应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃。

D、泵的排出侧必须装设阀门（球阀或截止阀等）和逆止阀。阀门用来调节泵的工况点，逆止阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击。（当液体倒流时，会产生巨大的反向压力，使泵损坏）

二、确定流量扬程

流量的确定

a、如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。

b、如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。

对于ns>100的大流量低其不意扬程泵，流量余量取5%，对ns<50的小流量高扬和泵，流量余量取10%，50≤ns≤100的泵，流量余量也取5%，对质量低劣和运行条件恶劣的泵，流量余量应取10%。

c、如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。

真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。真空泵可以定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即气体传输泵和气体捕集泵。随着真空应用技术在生产和科学研究领域中对其应用压强范围的要求越来越宽，大多需要由几种真空泵组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求，由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽，因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围，只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求，使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要，有时将各种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。

各种真空泵的工作原理

水环式真空泵/液环真空泵工作原理

水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000~4000Pa，串联大气喷射器可达270~670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为1~2×105Pa表压力。

水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。

在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。

罗茨泵的工作原理

罗茨泵在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。

罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。

但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。

旋片式真空泵工作原理

旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为101325~1.33×10-2（Pa）属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。

旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。

旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。

旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为1333Pa、1.33Pa和1.33×10-1（Pa）下，其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%。

旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。

两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分，当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的，正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的，正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的，正处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大（即膨胀），气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强，因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时，即转至空间B的位置，气体开始被压缩，容积逐渐缩小，最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转，达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担，因而提高了极限真空度。