水泵并联运行流量增幅的影响因素及相关问题探析

1.序言
            水泵并联运行，一方面可以增大系统的流量，另一方面可以通过开启台数的不同，进行系统的流量调节，因而被广泛采用。但是，对于一个确定的管路系统来说，如果对泵选型不当，则可能出现两台(或多台)并联运行与单台运行相比，流量增加很少的情况。比如〔1〕：200RXL-24型水泵，在管路特性曲线为H = 4.48×10-4G2mH2O 的系统中工作，单台运行时，流量为236.4 m3/h; 两台并联运行时，流量为246.7 m3/h; 三台并联运行时，流量为250.6 m3/h.。显然，在这种情况下，并联就失去了意义，因为既不能通过并联使流量较大幅度地提高，也不能通过改变运行台数有效地调节流量。再者，因为对泵按并联工况选型，使并联运行时的单机工况在合理工作区，则单台运行时的流量就会远远大于并联运行时的单机流量，严重偏离合理工作区，效率降低，所需功率大大增加，有可能使电机超载。因此，了解并联运行与单台运行相比，流量增大的幅度与哪些因素相关，对于正确进行泵的选型和系统设计是很有必要的。为了叙述的方便，对于两台并联运行(本文只讨论两台并联)与单台运行相比，流量的增大部分，本文称为并联运行的流量增量，并以ΔG表示。

2. 泵的特性对ΔG的影响

　　如图1所示，泵1的特性曲线为①，较为平坦;泵2的特性曲线为②，较陡;它们有一个交点A。为了比较的方便，假设管路特性曲线⑤恰好通过A点，也就是说泵1和泵2分别在这个系统中工作时，工况均为A。泵1两台并联的特性曲线为③，泵2两台并联的特性曲线为④，它们与管路特性曲线⑤的交点分别为B和C。显而易见，泵2的并联流量增量ΔG 2大于泵2的并联流量增量ΔG1。这说明，泵的特性曲线越陡(比转数越大)，ΔG越大，越适宜于并联工作。反之，泵的特性曲线越平坦(比转数越小)，ΔG越小，越不适宜于并联工作。

3.管路阻抗对ΔG的影响

　　如图2所示，①、②、③分别为三条管路特性曲线，即H=S1G2，H=S2G2，H=S3G2，管路阻抗S1>S2>S3。④为泵的特性曲线，⑤为两台并联的特性曲线。单台水泵分别在三个系统中工作时，工作点为A、B、C;两台并联分别在三个系统中工作时，工作点为A’、B’、C’。显然，ΔG1<ΔG2<ΔG3，即管路阻抗S越大，并联的流量增量ΔG越小;反之，S越小，则ΔG越大。也就是说，减小管路系统的阻抗，可以提高水泵并联的流量增量。管路阻抗越小(特性曲线越平坦)，越适宜于水泵的并联工作。管路阻抗越大(特性曲线越陡)，越不适宜于水泵的并联工作。

4. 泵的特性与管路阻抗对ΔG的综合影响

　　由上面的分析可知，水泵并联运行的流量增量ΔG既与泵的特性有关，也与管路系统的阻抗有关。那么，如果简单地将泵的特性曲线分为平坦型和陡降型，将管路特性曲线分为缓升型和陡升型，则它们可以有四种组合如图3。显然，泵曲线的陡降型与管路曲线的缓升型结合，ΔG较大(图3a);泵曲线的平坦型与管路曲线的陡升型结合(图3d)，ΔG较小;其它两种组合，ΔG居中。

　　当然，“平坦”“陡”“缓”都是模糊的说法，并没有量的界定，但是这些定性的结论，起码可以明确，朝什么方向努力，能够增大泵的并联流量增量。

5. 采用开启台数进行调节可能出现的超载问题与ΔG

　　对于两台及以上水泵并联运行，无论是设计人员，还是用户，都有这样的意识：根据负荷的大小，改变开启的台数，即负荷大时多开，负荷小时少开。应当说，这也是采用并联的一个重要原因。但是，如果水泵的并联流量增量ΔG过小，改变开启台数时有可能造成水泵电机的超载。如图4所示，并联运行工况为A，并联运行时的单机工况为B，单台运行时的工况为C。显然单台运行时的流量GC大于并联运行时的单机流量GB，ΔG(=GA-GC)越小，GC就越大。并且，并联工况是设计工况，并联运行时的单机工况B应在合理工作区(效率较高的区域)，而单台运行工况C则往往偏离合理工作区，效率降低。ΔG越小， C与B就相距越远，两工况的效率差也就越大。因此，ΔG的过小，将使C工况的轴功率大大超出B工况，在单台运行时就有可能发生超载现象。这里给出一个算例：采用KQL125/300-11/4型水泵，流量推荐区间为55 - 110 m3/h。仍如图4所示，在并联特性曲线②上选定两台并联工况A为：162m3/h，27 mH2O，则并联运行时的单机工况B为：81 m3/h，27 mH2O，在流量推荐区域内。由A工况参数可得管路特性曲线为H=1.03×10-3G2(这里按闭式系统考虑)。那么，单台运行工况应当是泵的特性曲线①与管路特性曲线③的交点，但实际上①与③未能相交，只能顺着①的弧度作延长线，与③的交点C，近似认为是单台运行工况。C工况为：151 m3/h，22 mH2O。那么GC比GB增大86.4%,且C工况严重偏离推荐工作区，效率一定低于(可能是大大低于)B工况，所以C工况所需要的功率将大大超过B工况。如果水泵电机是按流量推荐区域配置，单台运行时一定会超载。

　　那么GC比GB增大86.4%,且C工况严重偏离推荐工作区，效率一定低于(可能是大大低于)B工况，所以C工况所需要的功率将大大超过B工况。

6. 水泵并联系统设计与运行中应注意的几个问题

　　⑴.应尽量不要采用性能曲线太平坦的水泵，并注意减小系统阻抗，以增大并联运行与单台运行的流量差ΔG。这样既可避免水泵电机超载，又可使台数调节有较好的效果。

　　⑵.水泵选型时不能只考虑并联工况，必须校核单台运行工况，流量是否能够满足调节要求，以及是否有超载的可能。

　　⑶.对泵的选型，应尽量使并联运行和单台运行，泵都在高效率区工作。当然这往往难以做到，那么就应当根据并联运行和单台运行的时间比例，进行优化，以使泵的运行电耗在一年(或一个运行周期)内最少。

　　⑷.对于已有的系统，如果ΔG太小，单台运行有超载可能，最好的补救办法是装设自力式限流阀，在单台运行时，限流阀自动改变开度，增大阻抗，减小流量。也可以装设平衡阀，在单台运行时，用手动的方法增大阻抗，减小流量。

7. 结束语

　　水泵并联运行的流量增量ΔG的大小，对于采用开启台数进行调节的系统来说，在泵的选型和系统设计中是必须考虑的问题。

　　本文只分析了两台并联的情况，对于两台以上并联运行，不难用同样的方法得到近似的结论。显然，对于水泵的多台并联系统，更需要注意单台运行时的流量、效率和超载问题。