美國(guó)米頓羅GB1800機(jī)械隔膜計(jì)量泵

齒輪計(jì)量泵的工作原理簡(jiǎn)介

　　齒輪泵的概念是很簡(jiǎn)單的，即它的zui基本形式就是兩個(gè)尺寸相同的齒輪在一個(gè)緊密配合的殼體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn)，這個(gè)殼體的內(nèi)部類(lèi)似“8”字形，兩個(gè)齒輪裝在里面，齒輪的外徑及兩側(cè)與殼體緊密配合，而美國(guó)米頓羅機(jī)械式隔膜計(jì)量泵GB1800則由泵頭和泵體和電機(jī)一起組成。來(lái)自于擠出機(jī)的物料在吸入口進(jìn)入兩個(gè)齒輪中間，并充滿這一空間，隨著齒的旋轉(zhuǎn)沿殼體運(yùn)動(dòng)，zui后在兩齒嚙合時(shí)排出。

　　在術(shù)語(yǔ)上講，齒輪泵也叫正排量裝置，即像一個(gè)缸筒內(nèi)的活塞，當(dāng)一個(gè)齒進(jìn)入另一個(gè)齒的流體空間時(shí)，液體就被機(jī)械性地?cái)D排出來(lái)。因?yàn)橐后w是不可壓縮的，所以液體和齒就不能在同一時(shí)間占據(jù)同一空間，這樣，液體就被排除了。由于齒的不斷嚙合，這一現(xiàn)象就連續(xù)在發(fā)生，因而也就在泵的出口提供了一個(gè)連續(xù)排除量，泵每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，排出的量是一樣的。隨著驅(qū)動(dòng)軸的不間斷地旋轉(zhuǎn)，泵也就不間斷地排出流體。泵的流量直接與泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)。

　　實(shí)際上，在米頓羅GB1800計(jì)量泵內(nèi)有很少量的流體損失，這使泵的運(yùn)行效率不能達(dá)到100％，因?yàn)檫@些流體被用來(lái)潤(rùn)滑軸承及齒輪兩側(cè)，而泵體也絕不可能無(wú)間隙配合，故不能使流體100％地從出口排出，所以少量的流體損失是必然的。然而泵還是可以良好地運(yùn)行，對(duì)大多數(shù)擠出物料來(lái)說(shuō)，仍可以達(dá)到93％～98％的效率。

2.1 美國(guó)米頓羅計(jì)量泵簡(jiǎn)單系統(tǒng)的流量控制

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的控制循環(huán)流量的系統(tǒng)，泵P提供動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)水通過(guò)閥V、管道及用戶U間的循環(huán)。圖2給出當(dāng)閥全開(kāi)、泵的轉(zhuǎn)速n=n0時(shí)系統(tǒng)的工作點(diǎn)。此時(shí)，流量為G0，水泵工作效率為η0，即效率zui高點(diǎn)。要使流量減小一半，一種方式是將閥門(mén)關(guān)小，使管網(wǎng)等效阻力特性曲線向左偏移，此時(shí)泵的效率降低至η1，壓力升至p1。

　　由于壓力升高，效率降低，因此盡管流量減少至一半，米頓羅GB1800計(jì)量泵耗僅減少20％～30％，此時(shí)除閥門(mén)以外的管網(wǎng)部分由于其阻力特性不變，因此僅消耗壓降p0/4，剩余部分3（p0+（p1-p0））/4均消耗在閥門(mén)上，它消耗了此時(shí)泵耗的80％，這就是為什么說(shuō)調(diào)節(jié)閥消耗了大部分水泵能耗的依據(jù)。此外，水泵工作點(diǎn)偏移造成的不穩(wěn)定，都對(duì)系統(tǒng)有不良影響。

　　若保持不變，但將米頓羅GB1800隔膜計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速降至50％，圖2同時(shí)給出此時(shí)的工作狀況，這時(shí)管網(wǎng)的阻力特性曲線不變，泵的工作曲線下移，泵的工作效率仍將為η0，壓力p2為p0/4。這樣，減少流量后泵耗僅為原來(lái)的1/8，具有極顯著的節(jié)能效果。同時(shí)，由于泵的工作點(diǎn)及閥的位置均未變，因此系統(tǒng)工作穩(wěn)定，且不會(huì)有節(jié)流噪聲。
米頓羅計(jì)量泵此簡(jiǎn)單例子說(shuō)明：

　　（1） 當(dāng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用時(shí)，將消耗其所在支路的大部分流體動(dòng)力。并且由于改變了管網(wǎng)阻力特性，使管網(wǎng)中的動(dòng)力機(jī)械工作點(diǎn)偏移，在多數(shù)情況下這將導(dǎo)致效率下降。

　　（2） 當(dāng)采用變速方式調(diào)節(jié)流量時(shí)，米頓羅GB1800計(jì)量泵或風(fēng)機(jī)能耗可與流量變化的三次方成正比。并且由于系統(tǒng)阻力特性不變，泵或風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)不變，因此效率不變，泵、風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)均可穩(wěn)定地工作。

　　（3） 以調(diào)整泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整流量應(yīng)該是流量調(diào)節(jié)的手段。

　　若系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，泵選擇適當(dāng)，則zui遠(yuǎn)端用戶處的余壓恰好為它所需要的壓頭，閥V5全開(kāi)，不多消耗能量。此時(shí)，若各用戶流量相等，彼此距離相等，主干管上比摩阻相同且忽略閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的阻力，對(duì)于n個(gè)用戶，閥門(mén)V1消耗的能量與用戶外管網(wǎng)所消耗的總能量的百分比EV1為：

　　當(dāng)熱用戶個(gè)數(shù)足夠多時(shí)，（n－1）／（2n）約等于50％，也就是消耗在外網(wǎng)的能耗約有一半被各支路的調(diào)節(jié)閥所消耗。一般用戶側(cè)真正需要的揚(yáng)程僅為循環(huán)泵揚(yáng)程的20％～30％，即外網(wǎng)消耗70％～80％。因此，總泵耗的35％～40％的能量被調(diào)節(jié)閥消耗掉。有時(shí)為安全起見(jiàn)，米頓羅GB1800計(jì)量泵的揚(yáng)程還要選大些，然后再通過(guò)圖3中的閥門(mén)V0將多余部分消耗掉。由此使一般供暖用熱水網(wǎng)中調(diào)節(jié)閥消耗一半以上的泵耗。

　　若改用圖5方式連接熱水管網(wǎng)，在各用戶處安裝用戶回水加壓泵，代替調(diào)節(jié)閥，減小主美國(guó)米頓羅循環(huán)計(jì)量泵的揚(yáng)程，使其只承擔(dān)熱源及一部分干管的壓降，用戶的壓降及另一部分干管壓降由各用戶內(nèi)的回水加壓泵提供，則其水壓圖見(jiàn)圖6。

　　此時(shí)無(wú)調(diào)節(jié)閥，因此也無(wú)調(diào)節(jié)閥損失的泵耗，用戶處各個(gè)回水加壓泵的揚(yáng)程應(yīng)仔細(xì)選擇。若選擇過(guò)大，再用閥門(mén)降低同樣會(huì)消耗能量。但如果安裝變速泵則可以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶所要求的流量，因此不再靠調(diào)節(jié)閥消耗泵耗，這樣，盡管多裝了許多泵，但運(yùn)行電耗將降低50％以上。

　　在這種情況下，若各用戶要求的流量變化頻繁，整個(gè)系統(tǒng)的總流量亦在較大范圍內(nèi)變化，總米頓羅循環(huán)計(jì)量泵也可用變頻泵，并根據(jù)干管中部供回水壓差（見(jiàn)圖5、6中點(diǎn)A）來(lái)控制其轉(zhuǎn)速，使該點(diǎn)壓差維持為零，則系統(tǒng)具有非常好的調(diào)節(jié)性能與節(jié)能效果。分析表明，當(dāng)采用如圖3常規(guī)的管網(wǎng)方式時(shí)，若由于某種原因，一半用戶關(guān)閉，不需要供水時(shí)，未關(guān)的用戶水量會(huì)增加，zui大的流量可增加50％以上，而同樣的管網(wǎng)采用圖5的方式，并且對(duì)主米頓羅GB1800循環(huán)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行上述方式的控制，則同樣情況下未關(guān)閉的用戶的水量增加zui大的不超8％，系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性大為改善。

　　此方面的進(jìn)一步詳細(xì)分析見(jiàn)文獻(xiàn)[1]，這一方案準(zhǔn)備在已開(kāi)始施工的杭州熱電廠冷熱聯(lián)供熱網(wǎng)中使用，各用戶為吸收式制冷機(jī)、生活熱水用換熱器，冬季則為建筑供暖及生活熱水。分析表明，對(duì)于這種負(fù)荷大范圍變化的系統(tǒng)，采用這種方式，比常規(guī)方式節(jié)省GB1800計(jì)量泵的電耗62％，并改善了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性。同時(shí)還使整個(gè)系統(tǒng)壓力變化范圍減小，從而可降低管網(wǎng)承壓要求，處長(zhǎng)管網(wǎng)壽命。在各用戶處安裝調(diào)速泵所增加的費(fèi)用基本上可以從各用戶省掉的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及節(jié)省的用電增容費(fèi)中補(bǔ)齊，因此總投資可以不增加甚至有所降低。

2.3 美國(guó)米頓羅計(jì)量泵的空調(diào)水系統(tǒng)應(yīng)用

　　為減少水泵電耗，便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)，許多系統(tǒng)采用兩級(jí)泵方式，如圖7。泵組P1可根據(jù)要求的制冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)而啟停，其揚(yáng)程僅克服蒸發(fā)器阻力及冷凍站內(nèi)部分管路的壓降，米頓羅GB1800計(jì)量泵組P2則克服干管及冷水用戶的壓降。為了節(jié)能，P2有時(shí)還采用變速泵，根據(jù)用戶要求的流量調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)規(guī)則是維持zui遠(yuǎn)端用戶處的供回水壓差為額定的資用壓頭。文獻(xiàn)[2]中指出，P2采用變速泵后，其能耗并非如廠商所宣傳的那樣“與流量的三次方成正比”。

美國(guó)米頓羅計(jì)量泵同系列型號(hào)：GB0080、GB0180、GB0250、GB0350、GB0450、GB0500、GB0600、GB0700、GB1000、GB1200、GB1500、GB1800