选泵中效率计算问题Word格式.doc
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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)
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)
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
2.7~5.7
3.0~6.4
3.7~7.7
4.3~9.0
60
70
80
90
100
150
200
300
75.8
75.5
77.0
77.6
78.0
79.8
80.8
82.0
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
4.8~10.1
5.4~11.3
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:
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)
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%
(m3/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
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
H(m)
N轴
η1
泵+电机η2
HZ
100%
32.8
3.02KW
74%
65.2%
2.08KW
64.1%
55.7%
47.1
表8恒速运行设计参数与样本数据对照表
n(r/min)
ns
N轴(kw)
N机(kw)
设计
64.3
2917
108
3.47
5.5
样本
74
3.02
4
表9变频运行理论参数与实测数据对照表
n(r/min)
负载率
(%)
节能率(%)
理论
58.8
2742
79
2.28
41
34.3
实测
64.1
2.08
52
31
6节能型水泵能效要求
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≤600m3/h为-3%;
流量>600m3/h为-4%。
⑶多吸清水离心泵:
流量≤100m3/h为-3%;
流量>100m3/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,节能泵规定点效率应达到的最低保证值”
表10离心泵节能评价值
泵类型
节能评价值(%)
单级单吸
≤300
η1+2%
>300
η1+1%
单级双吸
≤600
>600
多级离心泵
≤100
>100
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/T13607-91
4.《关于水泵转速、效率、变频、并联影响的探讨》
5.资料来源:
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