 什么是离心泵最佳效率点？ 最佳效率点 （BEP） 是泵在额定叶轮直径下性能曲线上效率最高的点。换句话说，BEP是泵效率达到峰值的点。在BEP处，流量以最小的流动分离（脱流）、湍流和其它损失进入和离开泵。泵运行时离BEP越近，泵的磨损就越小，从而提高了泵的可靠性。在图1中，BEP位于泵效率曲线的顶点（绿线）。如果从BEP向下绘制一条垂直线与泵的流量-扬程曲线相交，则可以通过查看该交点相对于X轴（水平轴）和Y轴（垂直轴）的位置来确定BEP处的流量和扬程（黑线）。  图1：扬程-流量曲线上所示的BEP与相应的POR和AOR（图片来源于HI） 与BEP密切相关的一个主题是优先工作区或POR。POR定义的是BEP两侧的流量范围，在该范围内，泵的水力效率和运行可靠性不会显著降低。在该区域内，泵的设计使用寿命不会受到内部水力负载或流体诱发振动的影响。在POR内运行泵可确保更高的可靠性和更低的能耗。POR的典型范围如图1所示。注意，POR在ANSI/HI 9.6.3《Rotodynamic Pumps Guideline for Operating Regions》中有明确的定义，POR根据泵的径向流（离心）、混流或轴向流动类型而变化。 在POR之外的更大的流量范围，如果泵的使用寿命是可以接受的，则该区域称为允许工作区或AOR。AOR限值由能耗以外的要求决定，并应在泵制造商的帮助下确定。决定AOR的一些因素是： 1）水力负载（轴承寿命、疲劳、机械接触、轴偏转、推力等） 2）液体温升 3）轴承箱或轴振动 4）噪音 5）驱动机功率限制 6）净正吸入压头（NPSHA） 7）入口回流 当泵显著高于或低于其BEP运行时，会产生许多负面后果，这可能导致泵加速磨损和过早失效。例如，在流量过低的情况下运行可能会导致叶轮上的径向负荷增加，从而导致轴过度偏转、密封过早失效。流量过高时，泵的必需汽蚀余量（NPSHR）可能无法满足装置要求，泵可能会发生汽蚀。 BEP和性能曲线 图2的性能曲线显示了在BEP的左侧或右侧运行时，与BEP距离的远近将如何影响泵的运行和性能。泵特性曲线是扬程与流量的曲线。对于大多数离心泵而言，优先工作区通常定义为BEP流量的70%至110%（API 610标准规定为BEP的70%～120%）。然而，这只是一个大概的指示，不同的同型不同的设计会存在差异。  图2：运行点与BEP距离的远近将影响泵的运行和性能 不同的离心泵具有不同类型的曲线，通常有四种不同的曲线形状： 1）所谓的正常曲线，其中扬程随着流量的增加而降低。典型的（正常）性能曲线，扬程随着流量的增加而相对较快地下降。 2）陡峭的曲线，随着流量的增加，扬程会迅速下降。 3）平坦的曲线，随着流量的增加，扬程缓慢下降。这些曲线实际上是相对平坦的。 4）下垂（具有驼峰）曲线，类似于正常形状，但在低流量侧，扬程先上升后下降，然后再上升直至关闭扬程。 正常曲线有一个上升角度，例如平均25°或35°，因此，它或多或少是倾斜的。陡峭的曲线具有陡峭的上升角度，例如平均超过40°或50°。从便于系统控制的角度来看，对于某些泵应用，可能需要相对陡峭的曲线，因为流量的微小减少将导致较大的压力上升。因此，它可以帮助恢复丢失的流量。例如，如果下游存在部分堵塞导致的流量不足，那么这种大的压力升高有助于克服问题（在这种情况下为部分堵塞）并恢复到所需的流量。曲线的陡峭程度取决于泵的许多细节，例如叶轮叶片的数量和泵的比转速。然而，陡峭的曲线并不适合每种应用。 有时需要相对平坦的曲线，例如当流量变化只会导致扬程的微小变化时。在某些应用中，当更多的液体消耗者打开、添加或连接到泵的出口侧时，扬程将趋于略微降低。换言之，由于泵的曲线相对平坦，在流量大于预期的情况下，扬程只会减少少量，这意味着消费者处的压力只会下降很少。因此，对于可以打开和关闭许多不同的消费者的此类应用，相对平坦的曲线效果更好。这种应用的一个很好的例子是消防水泵。 通常应避免下垂（驼峰）的曲线形状，因为泵有可能在两个工作点之间徘徊，而这两个点都满足系统的扬程（压力）要求。众所周知，当两个泵并联运行时，就会发生这种情况。当第二台泵启动时，它可能无法到达所要求的运行点或在两个相同扬程的点之间徘徊。 大多数单级离心泵的BEP在关闭扬程的80%至85%之间，但不同的泵型会存在较大差异，具体必须根据泵的测试曲线才能得到准确的数值。 1）如果泵的运行点在BEP右边太远，则可能会因装置汽蚀余量（NPSHA）不足而导致汽蚀。 2）如果泵的运行点在BEP左边太远，则可能会因流量不足产生内部回流、热量和振动。 - 通常从80% ～ 60% BEP流量开始出现内部回流 - 低于40% ～ 20% BEP流量时，内部回流会变得严重 3）在BEP的任一侧运行都会在叶轮上产生不希望的径向力。 不幸的是，高效率也意味着更高的维护成本，因为需要保持更严格的公差，并保持流道畅通、无障碍物。由于单蜗壳泵的高效率（高于双蜗壳泵）满足了消费者的需求，双蜗壳泵设计在较小尺寸泵中的消失是机械密封问题增加的一个典型例子。 1）泵的正常工作点应在最佳效率点左侧的0%到10%之间【Total Spec.】 2）所提供的泵的最佳效率点流量最好在额定点和正常点之间【API 610】 理论曲线与实际曲线 BEP数据和泵性能曲线通常只是工厂或现场性能测试之前的理论值。实际BEP数据和性能曲线由泵测试确定。它们可能与理论BEP和曲线略有不同。 这种偏差或差异的来源很多，例如，叶轮和蜗壳/壳体的实际尺寸和细节可能与理论尺寸和细节不同，或者泵内液体流动的模拟不准确。叶轮细节在BEP和曲线中起主要作用，叶轮的任何变化或修改都将改变泵的BEP和曲线；而泵蜗壳/壳体的影响通常较小。 切割叶轮，或稍微改变叶轮（对叶片等稍作修改），可用于对性能曲线和BEP进行一些更改/修正。然而，这些改变需要非常小心。 泵送系统中的控制阀 通过泵的流量通常是由泵下游（出口）的压力/扬程决定。泵出口管道中的控制阀最常用于控制流量和整体运行。如果系统设置正确，控制阀可能有助于保持泵在BEP附近运行。但是，有一些重要因素需要考虑。控制阀都有压降，这代表着能源的浪费。如果系统设计和运行不正确，则由控制阀调节的运行工况可能会促使泵有时远离其BEP，这会直接影响泵的可靠性、性能和效率。 离心泵的振动几乎总是随流量和运行点而变化。通常，BEP附近的振动最小，并且随着流量的增加或减少而增加。当运行点从BEP移动到另一个点时，振动的上升取决于许多因素，例如泵的能量密度、比转速和吸入比转速。每单位流量的能耗较高是远离BEP的低效运行的关键影响之一。浪费的能量表现为热量、不必要的振动、噪音、泵内的破坏力和其它不利影响。 泵的选择和运行应尽可能接近BEP。然而，为了实现这一目标，需要考虑许多因素，同时需要克服许多挑战。当泵在BEP运行时，它的效率最高。这意味着它能够高效地使用驱动器电源，并降低能源成本、能源浪费和潜在的破坏性影响。当泵以BEP运行时，它通常产生最低的振动读数和最低的温度读数。因此，泵的可靠性/可用性提高，维护成本降低。 总结 1）最佳效率点是泵在额定叶轮直径下性能曲线上效率最高的点。 2）最佳效率点是泵的水力负载最小的运行点。 3）最佳效率点是泵振动最小的运行点。 4）当泵远离其BEP运行时，会产生许多负面后果，这可能导致泵加速磨损和过早失效。 参考文献 1） pumpsdesign.com 2） Hydraulic Institute标准 3） API 610第11版 |
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