選泵效率計(jì)算問(wèn)題

1、- -選泵中效率計(jì)算問(wèn)題選泵的節(jié)能技術(shù)華東建筑設(shè)計(jì)研究院XX馬信國(guó)摘要：本文闡述了離心水泵效率影響因素，在工程設(shè)計(jì)中，依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定水泵效率，合理匹配電機(jī)功率，盡量使水泵運(yùn)行在高效區(qū)內(nèi)。通過(guò)案例說(shuō)明選用高效優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品重要性，建議在設(shè)備材料表中增加水泵節(jié)能效率值。1 前言水泵是建筑給排水設(shè)計(jì)的常用設(shè)備，選用高效率水泵，節(jié)省日常運(yùn)行耗電量，滿足工程建立需要，是廣闊工程師追求的目標(biāo)之一，也是節(jié)能技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。但是如何確定水泵效率,是選泵中面臨的一個(gè)難題。2 離心泵軸功率與電機(jī)功率離心泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中由于存在容積損失即泄漏損失、水力損失水流在水泵內(nèi)的摩阻、沖擊損失和機(jī)械損失轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪和泵軸同固

2、定泵殼等軸承的摩擦損失，造成水泵的效率降低；離心泵的效率實(shí)質(zhì)上是機(jī)械、容積和水力三種效率的乘積，它反映了水泵傳遞功率的有效程度，是離心泵的一個(gè)重要參數(shù)。2.1離心泵軸功率計(jì)算公式N=流量m3/h)*揚(yáng)程mH2O/367/效率N是水泵的軸功率，效率是指水泵的效率。該式說(shuō)明，當(dāng)流量、揚(yáng)程一定時(shí)，水泵的軸功率與水泵的效率成反比。水泵效率高，其軸功率低，反之，軸功率那么高。2.2配用的電機(jī)功率2式中：N機(jī)電機(jī)功率KW；K備用系數(shù)；N軸水泵軸功率KW備用系數(shù)也稱富裕系數(shù)，它考慮了電機(jī)的機(jī)械效率等因素，其值隨軸功率而異，一般可參考以下數(shù)值。見(jiàn)表1。每臺(tái)水泵配用電機(jī)額定功率也可參見(jiàn)ISO5199"

3、離心泵驅(qū)動(dòng)機(jī)功率匹配技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)"中平安余量，詳見(jiàn)表2.3 離心泵的特性曲線要正確選泵就必須了解水泵的性能特點(diǎn)，離心泵的特性曲線通常由生產(chǎn)廠家根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的Q、H、N軸、等數(shù)據(jù)標(biāo)示繪成一組曲線，供使用者選泵和操作時(shí)參考。見(jiàn)圖1圖1 離心泵性能曲線表1K值N軸KW<112255101025256060100>100K1.71.72.51.51.31.31.251.251.151.151.11.11.081.081.05表2 水泵軸功率與配用電機(jī)功率N軸KWN機(jī)KWKN軸KWN機(jī)KWK0.180.251.3919221.160.270.371.1726301.150.40.551

4、.37532.5371.10.550.751.3640451.230.811.11.3649551.121.11.51.3668751.11.72.21.2981901.112.331.31001101.13.241.251201321.14.35.51.281451601.16.17.51.231812001.19.1111.22272501.112.8151.172863151.115.918.51.163223551.1備注：表中K值按N機(jī)/N軸獲得不同型號(hào)泵的特性曲線不同，但均有以下三條曲線：1QH曲線，表示流量和揚(yáng)程關(guān)系。特點(diǎn)是其揚(yáng)程隨流量增大而減小。在QH曲線上有兩條曲折線，指示在

5、這條曲折線范圍內(nèi)水泵的效率較高。2Q曲線表示流量和效率關(guān)系。其中效率最高點(diǎn)A0說(shuō)明該泵對(duì)應(yīng)的流量QA和揚(yáng)程HA下工作最為經(jīng)濟(jì)。這條曲線的變化趨勢(shì)是流量由小 中 大，效率由低 高 低。3QN軸曲線表示泵的流量和軸功率關(guān)系。其特點(diǎn)是流量由小到大，軸功率也由小到大，在流量為零時(shí)軸功率最小。4上述三條曲線均在一定轉(zhuǎn)速下測(cè)定。故在特性曲線圖上需注明轉(zhuǎn)速n值。總之，離心泵的特性曲線反映了水泵在一定轉(zhuǎn)速下其揚(yáng)程、效率和軸功率隨流量變化的規(guī)律。必須指出的是各種型號(hào)的離心泵都有其本身獨(dú)有的特性曲線，它不受管路特性的影響。4 離心泵的效率標(biāo)準(zhǔn)4.1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"離心泵效率"GB/T13007-91

6、規(guī)定了離心泵的效率標(biāo)準(zhǔn)。見(jiàn)表3和表4。需要說(shuō)明的是，表3、表4中A欄數(shù)值為水泵最高點(diǎn)效率，B欄數(shù)值為高效區(qū)的臨界點(diǎn)效率，超出臨界點(diǎn)，水泵效率下降很快；表中的效率值是比轉(zhuǎn)數(shù)，ns=120210的數(shù)值。當(dāng)水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)小于120或大于210時(shí)，其相對(duì)應(yīng)效率值應(yīng)予修正，具體修正值可按GB/T13007-91規(guī)定。從表3和表4可知，離心泵的效率特征是：水泵效率隨著流量增大而增大，一般在建筑用的給水泵流量范圍內(nèi)，小泵流量530m3/h其效率大致在55%65%之間；中泵流量30150m3/h其效率大致在70%75%之間；大泵流量>150m3/h可達(dá)75%85%之間；單級(jí)水泵效率在同等流量下，要比多級(jí)水

7、泵效率高，平均約高出5%。水泵高效區(qū)的范圍大致在最高效率的90%。表3 單級(jí)離心泵效率表4 多級(jí)離心水泵效率. 優(yōu)選- -4.2 比轉(zhuǎn)數(shù)ns意義水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是表達(dá)水泵性能的重要參數(shù)，它與流量Q、揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n有關(guān)，對(duì)于離心泵而言，比轉(zhuǎn)數(shù)在120210之間時(shí)水泵效率最高。比轉(zhuǎn)數(shù)ns計(jì)算公式3式中：Q流量m3/s；H揚(yáng)程m；n轉(zhuǎn)速r/min從上式可知：比轉(zhuǎn)數(shù)隨揚(yáng)程H增大而減小，隨流量增大而增大，說(shuō)明低比轉(zhuǎn)數(shù)水泵揚(yáng)程高，流量小，而高比轉(zhuǎn)數(shù)水泵流量大，揚(yáng)程小。根據(jù)水泵的比例定律，轉(zhuǎn)速提高，其流量相應(yīng)增大，那么效率也增大，在一定比轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，提高轉(zhuǎn)速可提高水泵效率4.3 標(biāo)準(zhǔn)效率下的水泵揚(yáng)程根據(jù)公式3可

8、以推求出在比轉(zhuǎn)數(shù)ns為120210，轉(zhuǎn)速n為2900轉(zhuǎn)/分時(shí)的揚(yáng)程計(jì)算公式m4-1式中：Q 流量m3/s同理可以推求出在比轉(zhuǎn)數(shù)ns為120210，轉(zhuǎn)速n為1450轉(zhuǎn)/分時(shí)的揚(yáng)程計(jì)算公式m4-2將公式4代入表3，得常用單級(jí)離心泵在最高效率下的最正確揚(yáng)程。表5 單級(jí)離心泵最正確揚(yáng)程Q(m3/h)510152025304050%586467.269.470.872.073.874.9Hn=29002.34.93.77.84.810.25.812.36.814.27.616.19.219.410.722.6n=14500.921.931.463.11.924.02.34.92.75.73.06.43.

9、77.74.39.0Q(m3/h)60708090100150200300%75.875.577.077.678.079.880.882.0Hn=290012.125.613.428.414.731.015.933.617.136.022.447.227.157.135.574.9n=14504.810.15.411.35.812.36.313.36.814.38.918.710.822.614.129.6. 優(yōu)選- -分析表5值可知，在滿足離心泵最高效率下，其揚(yáng)程隨著流量和轉(zhuǎn)速的增大而增加，在實(shí)際工程中，低揚(yáng)程水泵使用范圍較窄，當(dāng)揚(yáng)程超出上表中流量對(duì)應(yīng)值時(shí)，應(yīng)按公式3重新計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)ns，然后

10、在GB/T13007-91 中查得效率修正值，即為該水泵的效率值1【例如一】某工程選用一單級(jí)單吸離心水泵，轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分，最高效率點(diǎn)的流量為60m3/h，揚(yáng)程為40m，求其效率、軸功率和電機(jī)功率。解：1求ns2查"離心泵效率"中修正值ns=86 =2.5%3查表3，Q=60m3/h，=75.8%，那么1=75.8-2.5=73.3%5配用電機(jī)，查表2的N機(jī)=11KW 【例如二】某工程選用多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分，揚(yáng)程為120m，流量為15m3/h，求其效率、軸功率和電機(jī)功率。解(1)ns72.272多級(jí)離心泵有六級(jí),每級(jí)20(2) 查修正值 ns=72, =4.

11、5%(3) 查表4，Q=15m3/h =61.8% 那么1=61.8%-4.5%=57.3%(5) 查表2，配用電機(jī) N機(jī)=11KW綜上可述，影響離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。可參見(jiàn)以下列圖：(%)Q小型多級(jí)單吸泵小型單級(jí)單吸泵單級(jí)雙吸離心泵圖2 不同形式離心泵效率比轉(zhuǎn)數(shù)：在ns=120210,比轉(zhuǎn)數(shù)增大，效率也隨之增加。轉(zhuǎn)速：同樣參數(shù)的水泵，高轉(zhuǎn)速泵比低轉(zhuǎn)速泵效率高。揚(yáng)程：大流量低揚(yáng)程泵要比小流量高揚(yáng)程泵效率高。5.使水泵運(yùn)行在高效區(qū)的方法水泵實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)是由水泵特性曲線QH和管道特性曲線兩者同時(shí)決定的。欲獲得高效區(qū)工作，關(guān)鍵應(yīng)設(shè)法使管道特性曲線與水泵QH曲線

12、相交于該泵的最正確效率點(diǎn)。5.1 定流量水泵管道特性曲線在工程設(shè)計(jì)中，采用水池、水泵、高位水箱的給水方式。水泵采用一用一備時(shí)，流量是恒定的，其揚(yáng)程由靜揚(yáng)程和出水管道水頭損失及流出水頭三局部組成，流出水頭較小可略去，那么總揚(yáng)程可表達(dá)為下式H=H0+SQ5式中：H0靜揚(yáng)程即水泵從水池最低水位提升到水箱的高水位S為輸水管道的阻力系數(shù)，與管道長(zhǎng)度、材質(zhì)、直徑等有關(guān)Q輸水流量L/S管道特性曲線有三種情況，見(jiàn)圖3所示。H管HSQ圖3 管道特性曲線正好通過(guò)所選水泵最高效率點(diǎn)A。管道阻力損失值估算高，配管偏大，和Q-H曲線交于B點(diǎn)。配管管徑偏小，和Q-H曲線交于C點(diǎn)。由于B、C點(diǎn)效率較A點(diǎn)低，運(yùn)行在B點(diǎn)造成電

13、機(jī)功率增大，運(yùn)行至C點(diǎn)，那么流量偏小，效率也下降。因此，根據(jù)管材、摩阻、長(zhǎng)度，準(zhǔn)確計(jì)算沿程和局部水頭損失，使計(jì)算的管道特性曲線正好交于A點(diǎn)，是必需的步驟。5.2 變流量水泵的工作點(diǎn)效率恒壓變流量供水方式，通常采用變頻調(diào)速方法，根據(jù)比例定律，水泵流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。又根據(jù)轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系：6式中： n轉(zhuǎn)速r/min f頻率Hz p級(jí)組數(shù)可求出改變轉(zhuǎn)速后流量、揚(yáng)程、軸功率和頻率變化參數(shù)。表6 轉(zhuǎn)速下降后流量、揚(yáng)程、軸功率和頻率變化值n=100%Q(m3/h)HmN軸(KW頻率=50Hz94%0.94Q0.88H0.8304790%0.90

14、Q0.81H0.7294585%0.85Q0.723H0.61442.580%0.8Q0.64H0.51240表6只是一種理想狀態(tài)下的數(shù)值。實(shí)際上流量的減少視水泵性能曲線是否平緩或陡降有關(guān)。揚(yáng)程的下降要引起人們警覺(jué)。轉(zhuǎn)速下降決不能降到維持系統(tǒng)所需的壓力，即H=H0+SQ2。當(dāng)采用恒壓非變壓供水時(shí)，其水泵揚(yáng)程不能滿足恒壓要求時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)小流量不出水現(xiàn)象，電機(jī)發(fā)熱，空轉(zhuǎn)故障。水泵變頻改變轉(zhuǎn)速后，效率下降很大，主要是小流量效率較小緣故，還有電機(jī)從滿載到3/4負(fù)載再到1/2負(fù)載，電機(jī)效率亦隨之下降。試舉一例。格蘭富水泵曾實(shí)測(cè)同一水泵50Hz100%轉(zhuǎn)速到47HZ94%轉(zhuǎn)速的效率。水泵型號(hào)CR32-2

15、2917r/min，配4kw電機(jī)。從表7可得：頻率下降6%那么：流量減少40%，水泵效率下降13.4%，整機(jī)效率下降14.6%，軸功率降低31%。即節(jié)能率為31%將本案例按前述方法計(jì)算，比較理論值與實(shí)際數(shù)據(jù)，見(jiàn)表8和表9。表8、表9證明優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品水泵其效能指標(biāo)完全可以到達(dá)并超出國(guó)家規(guī)定的離心泵效率，同時(shí)也說(shuō)明只有選用高效優(yōu)質(zhì)水泵才能到達(dá)節(jié)能要求。表7 變頻供水效率實(shí)例水泵轉(zhuǎn)速Q(mào)(m3/h)HmN軸1泵+電機(jī)2HZ100%2532.83.02 KW74%65.2%5094%1532.82.08 KW64.1%55.7%47.1表8 恒速運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)與樣本數(shù)據(jù)對(duì)照表Q(m3/h)H(m)(%)n (

16、r/min)nsN軸kwN機(jī)kw設(shè)計(jì)2532.864.329171083.475.5樣本2532.87429173.024表9變頻運(yùn)行理論參數(shù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照表Q(m3/h)H(m)(%)n(r/min)nsN軸KW負(fù)載率%節(jié)能率%理論1532.858.82742792.284134.3實(shí)測(cè)1532.864.127422.085231. 優(yōu)選- -6 節(jié)能型水泵能效要求6.1 國(guó)家規(guī)定為大力推行節(jié)能型水泵，我國(guó)于2005年5月13日發(fā)布了"清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)估值"的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19762-2005，并于同年12月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)第5.3條是強(qiáng)制性的，即泵的能效限定值

17、和節(jié)能評(píng)價(jià)值。所謂“泵能效限定值定義為：“在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試條件下，所允許泵規(guī)定點(diǎn)效率最低保證值，可理解為泵運(yùn)行時(shí)效率比最高點(diǎn)效率值允許最大下降值。按照泵類型分為三類： 單級(jí)單吸清水泵，各種流量能效限定值-3%。 單級(jí)雙吸清水離心泵，流量600m3/h為-3%；流量600m3/h 為-4%。 多吸清水離心泵：流量100m3/h 為-3%；流量100m3/h為-4%。歸納上述，可知離心水泵的高效區(qū)允許偏離最高效率規(guī)定點(diǎn)34%。為了鑒定節(jié)能型水泵，該標(biāo)準(zhǔn)5.3條還規(guī)定了節(jié)能評(píng)價(jià)值，見(jiàn)表10.即“在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試條件下，節(jié)能泵規(guī)定點(diǎn)效率應(yīng)到達(dá)的最低保證值表10 離心泵節(jié)能評(píng)價(jià)值泵類型Q(m3/h)節(jié)能評(píng)價(jià)值%單級(jí)單吸3001+2%3001+1%單級(jí)雙吸6001+2%6001+1%多級(jí)離心泵1001+2%1001+1%6.2 選泵材料表應(yīng)規(guī)定最低效率為采購(gòu)到高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)