郑 欣
（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400）
离心泵依据不同的结构特点可分为不同种类，如根据工作叶轮的数量可分成单级泵与多级泵，依据泵轴位置可分为立式泵与卧式泵等。注水泵是一种具有代表性的低流量高扬程工况下的离心泵，在农田灌溉中发挥着重要的作用。
1.1 高速离心泵
高速离心泵在实际应用中为全开式叶轮，叶轮上的叶片为直形放射型叶片。高速离心泵在极速转动情况下形成高扬程，具有单级扬程相对较高的突出特点，最高可达1 900 m左右，当离心泵的比转速＜80 r/min时，能够充分发挥出装置的性能优势，同时由于没有扣环，在实际运转中不会出现口环磨损导致整体性能衰减的问题。但是需要注意的是，高速离心泵由于转速较高，会产生较大的噪音。
1.2 多级离心泵
多级离心泵在实际应用时，介质成分能够从叶片转轴处的进口位置进入，随后依靠叶片的高速转动获得足够的离心力，在高压作用下从泄压口流出。多级离心泵通常将多个相同功能的泵整合到一起，依靠串联的方法形成多级离心泵，其本质意义在于有效提高设定压力。多级离心泵具有十分成熟的应用系统与相关技术规范，在实际应用中能够安全、稳定运行，与其他种类泵相比,对介质的具体要求较低。同时，多级离心泵未安装平衡系统，应用过程中不会出现圆盘摩擦损失以及平衡回流损失，从根本上解决了因平衡系统导致的平衡盘底座磨损以及转子咬死等故障，其工作效率与其他泵相比可高出10%左右，有效提高了使用寿命[1]。
某中压加氢裂化装置中使用了2台反应注水泵，注水泵的工况为低流量高扬程工况，在装置建设初期使用旋壳泵。在装置进行整改扩建时，由于注水量大幅增加，装置内部增加了1台高速离心泵，具体参数与旋壳泵相同，泵之间使用并联方法连接运行。在该装置进行第二次扩建改造时，由于多级离心泵与旋壳泵相比具有较大流量，因此将原有旋壳泵替换为多级离心泵，与高速离心泵之间并联运行。
2.1 旋壳泵概述
旋壳泵又称为旋转喷射泵，其工作原理及整体构造比较独特，常使用于小流量工况中。旋壳泵在低流量高扬程工况中具有相对良好的工作性能，正常情况下，扬程在数百米范围。旋壳泵的结构相对简单，体积较小，后期维修养护工作相对简单，投入成本较低，具有较长的使用周期。
但是，旋壳泵存在一定的局限性，在使用中需确保输送介质具有较高的清洁度，入口位置的压力需保持在25 bar（2.5 MPa）以下，当扬程在1 000 m以上时，容易发生皮托管振动，而且无法有效输送密度相对较低、容易发生气化或者含有气体的介质。
2.2 不同泵的性能参数对比
旋壳泵、高速离心泵以及多级离心泵的性能参数如表1所示。
表1 旋壳泵、高速离心泵以及多级离心泵性能参数
2.3 不同泵的性能曲线分析对比
旋壳泵、高速离心泵以及多级离心泵的性能曲线对比情况如下页图1所示。
旋壳泵在低流量区域具有相对平缓的变化趋势，整体曲线变化呈现出持续上升状态。因此，在可控低流量范围内，旋壳泵能够保持稳定运行状态。高速离心泵的叶轮是针对额定工况进行特殊指定的，在实际应用中可操作性范围相对较小，同时性能曲线变化幅度较大，在额定点到关死点之间容易发生驼峰现象，当流量超出额定数值后，高速离心泵的运转效率以及扬程会发生急剧下降。多级离心泵整体曲线相对平缓，可操作性相对较强，能够在较大区域内进行有效工作，运转效率得到保证[2]。由于多级离心泵受到最小流量的约束，导致其在低流量范围内运转时需进行回流操作，运转效率损失较大。
2.4 工况分析对比
在反应注水泵进行第一次改造建设时，额外增加了高速离心泵，且与旋壳泵之间并联运行，虽然额定流量保持一致，但是高速离心泵的整体曲线变化幅度相对较陡，当流量降低时，高速离心泵的扬程上升变化速度会比旋壳泵快，最高扬程会超过旋壳泵的关死点，进而导致旋壳泵发生出口憋压问题，旋壳泵流量会快速下降至最低流量范围，导致旋壳泵出现振动故障，且振动幅度相对较大。通过对图1进行对比分析能够发现，当出口总流量＜30 m3/h时，旋壳泵就会发生憋压振动现象。由此可见，在进行第一次改造扩建后，反应注水泵系统的稳定范围在30～40 m3/h之间，确保整体系统能够顺利运行的流量为36.3m3/h，注水泵能够在此区间安全、稳定地运行。该并联运行系统的相对不稳定范围是20～30 m3/h，需要利用旁路系统进行适当调节。当流量＜20 m3/h时，可以对高速离心泵进行关停操作，只依靠旋壳泵运转工作。
在反应注水泵进行第二次改造建设时，原有的2台旋壳泵被多级离心泵替代，并与高速离心泵之间并联运行。多级离心泵与高速离心泵相比，具有较大的额定流量，其性能参数曲线与高速离心泵参数曲线之间并不存在交叉点，当流量降低时，高速离心泵容易发生憋压故障，进而导致高速离心泵快速进入低流量范围，出现振动现象[3]。通过对比分析能够得知，在第二次改造后，并联系统的稳定运转范围为35～53 m3/h，确保工艺能够正常操作的流量值为48 m3/h，注水泵系统在此区间能够稳定有效运行。在0～35 m3/h范围内，该系统进入不稳定操作状态，高速离心泵与多级离心泵运行时需要添加旁路系统，防止离心泵进入最低流量范围，并联系统整体运转效率会出现下降趋势。
2.5 不同离心泵的性能对比
在流量为0～30 m3/h且扬程＜1 400 m时，旋壳泵拥有相对良好的使用性。特别是在流量为0～8 m3/h、扬程＜800 m时，旋壳泵的运转效率具有十分显著的应用优势。而在扬程为800～1 400 m时，旋壳泵需要以引进方法为主。
当流量为10～70 m3/h且扬程＞1 400 m时，高速离心泵能够为整体系统提供更高的扬程，最高扬程可达到2 100 m左右。但是需要注意，在农田灌溉中，超过1 400 m扬程的工况十分少见。
当流量为30～110 m3/h且扬程＜1 400 m时，多级离心泵具有更好的操作效果，能够为整个系统提供更高的运转效率，实现稳定操作。但是，多级离心泵的投入成本相对较高。如果扬程＞1 400 m，需要多级离心泵增加齿轮部件提高转速，或者利用油站的方法提高转速，增加整体系统的投入成本。系统中的易损部件以及润滑油系统等在后续维修养护中操作难度大，进一步增加了系统应用的人工成本。
2.6 离心泵的并联操作
不同种类与型号的离心泵进行并联运行，在实际应用中会出现不稳定操作范围，扬程相对较低的泵在该范围操作时，会出现一定程度的振动故障。因此，在并联系统中，应当充分了解不同种类离心泵的性能参数曲线以及特点，确保能在并联系统的稳定操作范围内进行操作。
旋壳泵、高速离心泵以及多级离心泵等装置都能够适用于低流量高扬程工况中，本文通过对不同种类的泵在实际工况中的具体应用情况以及性能参数变化进行分析，探究不同流量、不同扬程时各离心泵的具体表现情况，从而明确离心泵的有效操作范围，以此帮助农田灌溉企业在实际生产工作中有效选择离心泵种类，提高操作质量与生产效果。
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