「自控学堂」往复泵和齿轮泵的流量控制

我们在上一篇文章中介绍了离心泵流量控制的三种方法，作为流量控制系列的第一篇文章。

在工业生产过程中流量调节的应用非常多，在有些过程中，要求平稳生产，流体的输送量应保持为定值（比如在系统中有显著干扰的情况下），或者对流量的平稳有严格要求，这时就需要流量定值调节系统。另一些过程中，要求某种物料的流量与另一物料流量成一定比值，就需要采用比值调节系统。此外，有时需要物料的流量与其它参数保持一定的函数关系，就需要采用以流量调节作为副环的串级调节系统。

设计流量调节系统的时候，需要考虑流体的流动特性，比如是经流体输送机械设备流动，还是重力流动，还有是什么样的流体输送机械设备等因素。此外，由于流量调节系统中被调参数和调节参数是同一种物料，这样的对象很接近于1:1的放大环节，时间常数很小，所以在设计流量调节系统时应充分考虑这一特点。

往复泵和齿轮泵在流体输送中是应用非常广泛的输送机械设备。往复泵一般由机壳、活塞或活柱等部件构成，齿轮泵一般由机壳和齿轮等部件构成。在泵内，活塞、活柱、齿轮等运动部件与机壳间的空隙很小，液体不能在缝隙中流动。因此，对齿轮泵等旋转泵来说，排出量仅取决于转速；对往复泵来说，排出量仅取决于冲程的大小和往复次数。

既然它们的排出量与压头的关系很少，因此在泵的出口管线上节流，是不能调节流量的，反而有损坏泵和原动机的危险，了解这一点对设计流量控制方案是很有帮助的。通常泵出口的流量都要进行控制，那么对于这类泵应该采取什么方式控制流量？下面介绍往复泵常用的三种流量控制方案，往复泵的前两种控制方案，原则上也适用于其他直接位移式的泵，如齿轮泵等。

1、改变原动机的转速

这种方案适用于以蒸汽机或汽轮机作原动机的场合，此时，可借助于改变蒸汽流量的方法方便地控制转速，进而控制往复泵的出口流量，如图1所示。

当用电动机作原动机时，调节电动机转速的方法实现流量控制。

图1：改变转速的方案

2、控制泵出口旁路

如图2所示，用改变旁路调节阀开度的方法来控制实际排出量。这种方案由于高压流体的部分能量要白白消耗在旁路上，故经济性较差。

图2: 改变旁路流量

3、改变往复泵冲程

计量泵常用改变冲程来进行流量控制，有些泵的冲程可以通过气动执行机构来调节。

为什么往复泵（齿轮泵）出口管道上不能安装调节阀进行流量控制？原因是什么？这还得从泵的固有特性进行分析。往复泵的压头H与流量Q之间的特性曲线如图3所示。

图3:往复泵的特性曲线

从图3中可见，在一定的转速下，随着流量的减少压头急剧增加，当在出口管线上节流时，压头H会大幅增加。这是因为往复泵活塞每往返一次，总有一定体积的流体排出。所以，试图用改变出口管道阻力既达不到控制流量的目的，又极易导致泵体损坏。这就是往复泵（齿轮泵）的出口管道上不允许安装调节阀的原因所在。

邱老师，自控学堂创办人，教授级高级工程师，从事自控工程设计30余年，先后承担了几十个大中型工程项目的设计、施工安装指导、调试开车及新技术开发等工作，是国家科技进步一等奖获得者，获国务院特殊津贴、行业工程设计大师等荣誉称号，国家科技奖评审专家。

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