离心泵基础‖耐磨环（中）

间隙减少50%，效率提高2%至4%。

本系列的第一部分（上）讨论了耐磨环如何通过提高转子稳定性、减少振动和轴偏转，从而延长机械密封的使用寿命来影响泵的可靠性。第二部分探讨了泵耐磨环间隙对泵效率的影响。

几十年来，泵设计人员都知道，增加耐磨环间隙会导致效率下降。然而，对于金属耐磨环，即使是API 610规定的最小间隙也非常大。由于两个金属环之间的间隙不能减小，否则会增加泵卡死的风险，因此金属耐磨环限制了泵的效率。

使用非金属耐磨环可消除泵内金属 - 金属之间的（动配合）界面，耐磨环间隙通常可减少50 %。这一变化可显著提高泵的效率。

耐磨环用作泵内高压区和低压区之间的密封。如图1所示，通过耐磨环的泄漏（Q_L）会在叶轮内再循环。操作人员只能看到从泵中流出的流量（Q）。然而，泵的总能耗是通过叶轮的总流量（ Q + Q_L）的函数（Lobanoff，Ross）。

显然，如果我们减小耐磨环间隙，就会减小Q_L，从而降低从泵获得相同流量（Q）所需的功率。正如我们将看到的，Q_L通常占叶轮内总流量的相当大的比例。

Q和Q_L之间的关系是泵比转速（N_S）的函数，N_S描述了泵的水力性能。计算如下：

RPM = 转速

GPM = 最佳效率点的流量

H = 最佳效率点的扬程

低比转速值的泵被称为“径向流”叶轮泵。这些泵在流量相对较低的情况下扬程较高，例如锅炉给水泵。相反，高比转速值的泵被称为“轴流式”叶轮泵。这些泵的扬程较低，但流量较大，例如冷却水泵。

效率、耐磨环间隙和比转速之间的关系已有详细记录。1946年，Stepanoff出版了一张图表，显示了单级双吸泵在耐磨环间隙增加一倍时的效率损失与比转速的函数关系。1985年，Bloch出版了一张类似的单吸泵图表，显示了不同比转速的泵在耐磨环间隙增大时的效率损失。

如果我们利用这些数据来估算间隙减少50%带来的效率增益（提升），就可以将数据绘制成一条曲线（图 2）。

图2：耐磨环间隙减少50%带来的效率提升

表1：效率的提升与耐磨环间隙的实地研究和试验台数据

接下来，我们可以将测试数据和现场研究与图表进行比较。一些研究提供了足够的信息来计算泵的比转速，显示间隙的减小程度，并量化效率的提升。其中一些研究是实地案例研究，另一些则来自泵试验台。数据如表 1 所示。

要将此数据与图2所示的曲线进行比较，必须对最后三个值进行调整，以接近间隙减小50%时的情况。由于泄漏量与间隙基本呈线性关系，可以通过对效率提升进行线性外推来近似计算间隙减小50 % 时的效率提升。例如，对于试验台2数据点，间隙减小50%产生的效率增益应该是实际测试中间隙减小27%产生的效率增益的近两倍。经过上述调整后，图2中的曲线与现场和试验台数据非常吻合（见图 3）。

1）多级泵，除了耐磨环外还有多个泄漏路径，消除所有泄漏路径的间隙将提高效率

2）耐磨环间隙可减少50%以上的泵

3）减小间隙也能减轻汽蚀的泵

将耐磨环间隙减小到API 610标准的50%，可为工厂节省大量资金。以总在运马力为25,000马力的泵为例，这对于每天10万桶的炼油厂来说是典型的。如果所有泵的效率提高3%，将减少490万千瓦时的用电量。每年节省的电量将取决于当地的电力成本（见表 2）。

这些节省不包括当地减少电力消耗或其它节省的激励措施，例如避免新建变电站。

表2：25,000马力的泵送能力每年可节省3%的效率

减少泵的内部泄漏也会降低必需的净正吸入压头（NPSHR）。因此，耐磨环间隙减小的泵不易发生汽蚀。这是2009年7月《泵与系统》杂志上一篇文章的主题。这篇文章包括一条完整的泵曲线，显示了间隙减小对泵性能各个方面的影响（见图4）。

在 BEP时，耐磨环间隙减小后，NPSHR 降低了近10英尺。对于大多数泵送系统来说，要产生如此大的额外NPSH裕量，唯一的其它方法就是增加吸入容器的高度。

图 4：耐磨环间隙减小对泵性能的影响

到目前为止，本系列已经探讨了使用间隙较小的非金属耐磨环在可靠性和效率方面的优势。下一篇，第三部分（最后一部分）将探讨使用非金属耐磨环升级泵的安全性问题。

1）American Petroleum Institute, API Standard 610 11th Edition, (ISO13709), Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical, and Natural Gas Industries, September 2010.

2）Aronen, R., Plaizier, D., and Sinclair, D., “Building a Better Boiler Feed Pump,” Pumps and Systems, November 2007.

3）Bloch, H.P.; Geitner, F.K. Practical Machinery Management for Process Plants, Volume 4, Major Process Equipment Maintenance and Repair, Gulf Publishing, Houston, 1985.

4）GreeneTweed, Ruhrpumpen, 2003, “Case Study: Pump Solutions.”

5）Henshaw, T., “Effect of Internal Clearances on NPSHR” Pumps and Systems, July 2009.

6）Komin, R. P., 1990, “Improving Pump Reliability in Light Hydrocarbon and Condensate Service With M