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选泵中效率计算问题

2019-02-04 15页 doc 48KB 24阅读

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选泵中效率计算问题1 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 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...
选泵中效率计算问题
1 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 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。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 轴机N K N ?=η102H Q N ?=轴 表1 K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Q A 和扬程H A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,n s=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 注:(1)表中的效率值是n s =120~210时的数值 (2)表中的单级双吸离心泵的流量是指全流量值 表4 多级离心水泵效率 注:(1)表中的效率值是n s =120~210时的数值 4.2 比转数n s 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n s 计算公式 n H Q n s ?=4 32 165.3 (3) 式中:Q — 流量(m 3/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n s 为 120~210,转速n 为2900转/分时的扬程计算公式 3 2393~186Q H )(= (m ) (4-1) 式中:Q — 流量(m 3/s ) 同理可以推求出在比转数n s 为120~210,转速n 为1450转/分时的扬程计算公式 3 2156~74Q H )(= (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 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n s ,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60m 3/h ,扬程为40m ,求其效率、轴功率和电机功率。 解:(1)求n s 86290040) 360060(65.365.34 32 1 432 1 =?=?=n H Q n s (2)查《离心泵效率》中修正值 n s =86 △η=2.5% (3)查表3, Q=60m 3/h , η=75.8% 则η1=75.8-2.5=73.3% KW N 92.8%3.7310240 )6.360() 4(=??÷= (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15m 3/h ,求其效率、轴功率和电机功率。 解 (1)n s = ()290020) 360015( 65.375 .05 .0?? (多级离心泵有六级,每级20m) =72.2≈72 s (3) 查表4,Q=15m 3/h η=61.8% 则η1=61.8%-4.5%=57.3% ()KW N 55.8% 3.571021206.315) 4(=??÷= 轴 (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: 图2 不同形式离心泵效率 比转数:在n s =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 Q η(%) 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=H +SQ2(5) 式中:H -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。 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 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=H +SQ2。当采用恒压(非变压)供水时,其水泵扬程不能满足恒压时,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47H Z(94%转速)的效率。水泵型号CR32-2 2917r/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 H管=H0+SQ2 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表9变频运行理论参数与实测数据对照表 6.1 国家规定 为大力推行节能型水泵,我国于2005年5月13日发布了《清水离心泵能效限定值及节能评估值》的国家标准(GB19762-2005),并于同年12月1日实施。该标准第5.3条是强制性的,即泵的能效限定值和节能评价值。 所谓“泵能效限定值”定义为:“在标准规定测试条件下,所允许泵规定点效率最低保证值”,可理解为泵运行时效率比最高点效率值允许最大下降值。 按照泵类型分为三类: ⑴ 单级单吸清水泵,各种流量能效限定值-3%。 ⑵ 单级双吸清水离心泵,流量≤600m 3/h 为-3%;流量>600m 3/h 为-4%。 ⑶ 多吸清水离心泵:流量≤100m 3/h 为-3%;流量>100m 3/h 为-4%。 归纳上述,可知离心水泵的高效区允许偏离最高效率规定点3~4%。 为了鉴定节能型水泵,该标准5.3条还规定了节能评价值,见表10.即“在标准规定测试条件下,节能 6.2 选泵材料表应规定最低效率 为采购到高效节能的优质水泵,设 计人员在列出设备材料表时,除需列出Q 、H 、N 外,还须注明其最低效率值,建议按GB19762-2005规定中节能评价值,列出设计选用水泵的效率值。 参考文献 1.同济大学流体力学教研室《水泵》1981年12月 2.《清水离心泵能效限定值及节能评价值》 GB19762-2005 3.《离心泵效率》 GB/T 13607-91 4.《关于水泵转速、效率、变频、并联影响 的探讨》 格兰富水泵公司 曹林 作者通讯处: 上海江西中路246号五楼 联系电话136******** 邮箱 xinguo_ma@ecadi.com
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