选泵中效率计算问题.doc

选泵中效率计算问题.doc

《选泵中效率计算问题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《选泵中效率计算问题.doc（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

职称论文发表网

选泵中效率计算问题

——选泵的节能技术

华东建筑设计研究院有限公司马信国

摘要：

本文阐述了离心水泵效率影响因素，在工程设计中，依照国家标准规定确定水泵效率，合理匹配电机功率，尽量使水泵运行在高效区内。

通过案例说明选用高效优质产品重要性，建议在设备材料表中增加水泵节能效率值。

关键词：

离心泵、效率标准、轴功率、节能评价值

7

1前言

水泵是建筑给排水设计的常用设备，选用高效率水泵，节省日常运行耗电量，满足工程建设需要，是广大工程师追求的目标之一，也是节能技术的一个重要内容。

但是如何确定水泵效率,是选泵中面临的一个难题。

2离心泵轴功率与电机功率

离心泵在实际运转中由于存在容积损失（即泄漏损失）、水力损失（水流在水泵内的摩阻、冲击损失）和机械损失（转动的叶轮和泵轴同固定泵壳等轴承的摩擦损失），造成水泵的效率降低；离心泵的效率实质上是机械、容积和水力三种效率的乘积，它反映了水泵传递功率的有效程度，是离心泵的一个重要参数。

2.1离心泵轴功率计算公式

（1）

式中：

N轴—水泵轴功率（KW）

Q—水泵输送流量（L/s）

H—水泵输送扬程（m）

η—水泵输送效率（%）

该式表明，当流量、扬程一定时，水泵的轴功率与水泵的效率成反比。

水泵效率高，其轴功率低，反之，轴功率则高。

2.2配用的电机功率

（2）

式中：

N机—电机功率（KW）

K—备用系数

N轴—水泵轴功率（KW）

备用系数也称富裕系数，它考虑了电机的机械效率等因素，其值随轴功率而异，一般可参考下列数值。

见表1。

每台水泵配用电机额定功率也可参见ISO5199《离心泵驱动机功率匹配技术标准》中安全余量，详见表2.

3离心泵的特性曲线

要正确选泵就必须了解水泵的性能特点，离心泵的特性曲线通常由生产厂家根据实验测定的Q、H、N轴、η等数据标示绘成一组曲线，供使用者选泵和操作时参考。

（见图1）

图1离心泵性能曲线

表1K值

表2水泵轴功率与配用电机功率

不同型号泵的特性曲线不同，但均有以下三条曲线：

（1）Q~H曲线，表示流量和扬程关系。

特点是其扬程随流量增大而减小。

在Q~H曲线上有两条波折线，指示在这条波折线范围内水泵的效率较高。

（2）Q~η曲线表示流量和效率关系。

其中效率最高点A0表明该泵对应的流量QA和扬程HA下工作最为经济。

这条曲线的变化趋势是

流量由小中大，

效率由低高低。

（3）Q~N轴曲线表示泵的流量和轴功率关系。

其特点是流量由小到大，轴功率也由小到大，在流量为零时轴功率最小。

（4）上述三条曲线均在一定转速下测定。

故在特性曲线图上需注明转速n值。

总之，离心泵的特性曲线反映了水泵在一定转速下其扬程、效率和轴功率随流量变化的规律。

必须指出的是各种型号的离心泵都有其本身独有的特性曲线，它不受管路特性的影响。

4离心泵的效率标准

4.1国家标准《离心泵效率》（GB/T13007-91）规定了离心泵的效率标准。

见表3和表4。

需要说明的是，表3、表4中A栏数值为水泵最高点效率，B栏数值为高效区的临界点效率，超出临界点，水泵效率下降很快；表中的效率值是比转数，ns=120~210的数值。

当水泵的比转数小于120或大于210时，其相对应效率值应予修正，具体修正值可按GB/T13007-91规定。

从表3和表4可知，离心泵的效率特征是：

水泵效率随着流量增大而增大，一般在建筑用的给水泵流量范围内，小泵流量（5~30m3/h）其效率大致在55%~65%之间；中泵流量（30~150m3/h）其效率大致在70%~75%之间；大泵流量（>150m3/h）可达75%~85%之间；

单级水泵效率在同等流量下，要比多级水泵效率高，平均约高出5%。

水泵高效区的范围大致在最高效率的90%。

表3单级离心泵效率

表4多级离心水泵效率

4.2比转数ns意义

水泵的比转数是体现水泵性能的重要参数，它与流量Q、扬程H、转速n有关，对于离心泵而言，比转数在120~210之间时水泵效率最高。

比转数ns计算公式

（3）

式中：

Q—流量（m3/s）

H—扬程（m）

n—转速（r/min）（转/分）

从上式可知：

比转数随扬程H增大而减小，随流量增大而增大，说明低比转数水泵扬程高，流量小，而高比转数水泵流量大，扬程小。

根据水泵的比例定律，转速提高，其流量相应增大，则效率也增大，在一定比转数范围内，提高转速可提高水泵效率

4.3标准效率下的水泵扬程

根据公式（3）可以推求出在比转数ns为120~210，转速n为2900转/分时的扬程计算公式

（m）（4-1）

式中：

Q—流量（m3/s）

同理可以推求出在比转数ns为120~210，转速n为1450转/分时的扬程计算公式

（m）（4-2）

将公式（4）代入表3，得常用单级离心泵在最高效率下的最佳扬程。

表5单级离心泵最佳扬程

Q（m3/h）

5

10

15

20

25

30

40

50

η（%）

58

64

67.2

69.4

70.8

72.0

73.8

74.9

H

n=2900

2.3~4.9

3.7~7.8

4.8~10.2

5.8~12.3

6.8~14.2

7.6~16.1

9.2~19.4

10.7~22.6

n=1450

0.92~1.93

1.46~3.1

1.92~4.0

2.3~4.9

2.7~5.7

3.0~6.4

3.7~7.7

4.3~9.0

Q（m3/h）

60

70

80

90

100

150

200

300

η（%）

75.8

75.5

77.0

77.6

78.0

79.8

80.8

82.0

H

n=2900

12.1~25.6

13.4~28.4

14.7~31.0

15.9~33.6

17.1~36.0

22.4~47.2

27.1~57.1

35.5~74.9

n=1450

4.8~10.1

5.4~11.3

5.8~12.3

6.3~13.3

6.8~14.3

8.9~18.7

10.8~22.6

14.1~29.6

分析表5值可知，在满足离心泵最高效率下，其扬程随着流量和转速的增大而增加，在实际工程中，低扬程水泵使用范围较窄，当扬程超出上表中流量对应值时，应按公式（3）重新计算比转数ns，然后在GB/T13007-91中查得效率修正值，即为该水泵的效率值（η1）

【示例一】某工程选用一单级单吸离心水泵，转速为2900转/分，最高效率点的流量为60m3/h，扬程为40m，求其效率、轴功率和电机功率。

解：

（1）求ns

（2）查《离心泵效率》中修正值ns=86△η=2.5%

（3）查表3， Q=60m3/h，

η=75.8%

则η1=75.8-2.5=73.3%

（5）配用电机，查表2的N机=11KW

【示例二】某工程选用多级离心泵转速为2900转/分，扬程为120m，流量为15m3/h，求其效率、轴功率和电机功率。

解

（1）ns＝

（多级离心泵有六级,每级20ｍ）

　＝72.2≈72

（2）查修正值ns=72,△η=4.5%

（3）查表4，Q=15m3/hη=61.8%则η1=61.8%-4.5%=57.3%

（5）查表2，配用电机N机=11KW

综上可述，影响离心水泵效率的主要因素：

水泵的流量：

水泵流量越大，效率越高。

可参见下图：

η（%）

Q

小型多级单吸泵

小型单级单吸泵

单级双吸离心泵

图2不同形式离心泵效率

比转数：

在ns=120~210,比转数增大，效率也随之增加。

转速：

同样参数的水泵，高转速泵比低转速泵效率高。

扬程：

大流量低扬程泵要比小流量高扬程泵效率高。

5.使水泵运行在高效区的方法

水泵实际运行工作点是由水泵特性曲线（Q~H）和管道特性曲线两者同时决定的。

欲获得高效区工作，关键应设法使管道特性曲线与水泵Q~H曲线相交于该泵的最佳效率点。

5.1定流量水泵管道特性曲线

在工程设计中，采用水池、水泵、高位水箱的给水方式。

水泵采用一用一备时，流量是恒定的，其扬程由静扬程和出水管道水头损失及流出水头三部分组成，流出水头较小可略去，则总扬程可表达为下式

H=H0+SQ２（5）

式中：

H0－静扬程（ｍ）（即水泵从水池最低水位提升到水箱的高水位）

S－为输水管道的阻力系数，与管道长度、材质、直径等有关

Q－输水流量（L/S）

管道特性曲线有三种情况，见图3所示。

H管＝H０＋SQ２

图3管道特性曲线

正好通过所选水泵最高效率点（A）。

管道阻力损失值估算高，配管偏大，和Q-H曲线交于B点。

配管管径偏小，和Q-H曲线交于C点。

由于B、C点效率较A点低，运行在B点造成电机功率增大，运行至C点，则流量偏小，效率也下降。

因此，根据管材、摩阻、长度，精确计算沿程和局部水头损失，使计算的管道特性曲线正好交于A点，是必需的步骤。

5.2变流量水泵的工作点效率

恒压变流量供水方式，通常采用变频调速方法，根据比例定律，水泵流量与转速的一次方成正比，扬程与转速的二次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比。

又根据转速与频率关系：

（6）

式中：

n—转速（r/min）

f—频率（Hz）

p—级组数

可求出改变转速后流量、扬程、轴功率和频率变化参数。

表6转速下降后流量、扬程、轴功率和频率变化值

n=100%

Q

（m3/h）

H

（m）

N轴（KW）

频率=50（Hz）

94%

0.94Q

0.88H

0.830

47

90%

0.90Q

0.81H

0.729

45

85%

0.85Q

0.723H

0.614

42.5

80%

0.8Q

0.64H

0.512

40

表6只是一种理想状态下的数值。

实际上流量的减少视水泵性能曲线是否平缓或陡降有关。

扬程的下降要引起人们警觉。

转速下降决不能降到维持系统所需的压力，即H=H0+SQ2。

当采用恒压（非变压）供水时，其水泵扬程不能满足恒压要求时，就会出现小流量不出水现象，电机发热，空转故障。

水泵变频改变转速后，效率下降很大，主要是小流量效率较小缘故，还有电机从满载到3/4负载再到1/2负载，电机效率亦随之下降。

试举一例。

格兰富水泵曾实测同一水泵50Hz（100%转速）到47HZ（94%转速）的效率。

水泵型号CR32-22917r/min，配4kw电机。

从表7可得：

频率下降6%

则：

流量减少40%

水泵效率下降13.4%

整机效率下降14.6%

轴功率降低31%

即节能率为31%

将本案例按前述方法计算，比较理论值与实际数据，见表8和表9。

表8、表9证明优质产品水泵其效能指标完全可以达到并超出

国家规定的离心泵效率，同时也表7变频供水效率实例

说明只有选用高效优质水泵才能达到节能要求。

水泵转速

Q（m3/h）

H（m）

N轴

η1

泵+电机η2

HZ

100%

25

32.8

3.02KW

74%

65.2%

5