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泵机组节能监测和测试方法 一 相关标准 GB T3216 1989离心泵 混流泵 轴流泵和旋涡泵试验方法GB T16666 1996泵机组液体输送系统节能监测方法SY T6275 1997石油企业节能监测综合评价方法SY T6422 1999石油企业节能产品节能效果测定 SY T5264 二 泵的分类 1 泵的概念 是将机械能传递给液体 以增加液体的位能 压能或动能的机器 2 泵的种类 1 容积式泵 2 叶片 轮 式泵 1 容积式泵 是通过活塞 或转子 在泵缸 或定子 中作往复运动 或旋转运动 使容积发生变化 容积增大时 吸入液体 容积减小时 排出液体 从而把机械能转变为液体的压能 它主要包括往复泵和单螺杆泵 2 叶片 轮 式泵 是通过转动的工作轮上的叶片和液体相互作用 把机械能转变为液体能 压能和动能 主要包括离心泵 轴流泵和旋涡泵 主要应用的种类 往复泵和离心泵往复泵大多数是在需要高泵压的野外作业 比较分散 用量较小 离心泵大多数是在泵站内工作 比较集中 用量大 绝大多数是电驱动 这里主要讲的是离心泵的测试和监测方法 三 泵的基本特性参数 1 流量2 扬程3 功率4 有效功率 输出功率 5 转速 1 流量 是指泵在单位时间内所输送的流体体积 用Q来表示 单位是m3 s或m3 h 2 扬程 是指每一单位重量的液体通过泵后 其能量的增加值 用H表示 单位是m 3 功率 通常是指泵的轴功率 也就是动力机输入到泵轴的功率 单位是kW 4 有效功率 输出功率 单位时间内流过泵的液体从泵那里得到的能量 单位是kW 5 转速 泵轴每分钟的旋转次数 用n表示 单位是r min 四 泵 泵机组效率测试方法 一 术语定义 二 测试要求 三 测试仪器仪表及精度等级和测试参量 四 主要计算公式 一 术语定义 1 泵系统 由泵 交流电动机 调速装置 传动机构 管网按流程要求所组成的总体 2 泵机组 由泵 交流电动机 调速装置和传动机构所组成的总体 3 管网 由直管道 弯头 阀门 锥管及工艺所必需的其他辅助设备按流程要求所组成的总体 4 泵系统效率 泵系统运行时管网末端输出的有效功率与电动机输入功率之比的百分数 一 术语定义 5 泵机组效率 泵机组运行时 泵输出功率与电动机输入功率之比的百分数 6 泵的效率 泵在运行时 泵的有效功率 输出功率 与泵轴功率 或称泵输入功率 之比的百分数 7 电动机效率 电动机在运行时 实际输出功率与输入有功功率之比的百分数 8 管网效率 管网 吸入或排送管网 末端输出的有效功率与管网 吸入或排送管网 起始端输入的有效功率之比的百分数 泵系统边界范围流程图 二 测试要求 1 测试应在正常生产的实际运行工况下进行 测量时应保证运转稳定 2 测试仪器仪表应能满足测试项目的要求 并在检定合格周期内 3 保证液体流量 压力 电动机输入功率等主要参量同步测试 4 测试时至少测试三组数据 保证每组数据的读取同步进行 取每个测试参量各次读数的算数平均值作为最后的计算值 监测时 要求测试时间不少于30分钟 每隔10分钟记录一组数据 三 测试仪器仪表及精度等级和测试参量 测试仪器仪表明细表 四 主要计算公式 电动机输入功率泵轴功率泵输出功率系统输出功率 系统有效功率 泵的效率泵机组效率管网效率泵系统效率 泵机组液体输送系统效率 电动机输入功率 1 当电动机电源为低压时 一般采用功率法直接测量 也可采用电度表法间接测量 2 当电动机电源电压为高压时 电机输入功率可利用电动机控制柜上的电度表配合秒表进行测量 并用下式计算KCT 电流互感器的变比 KPT 电压互感器的变比 n 测量期内电度表铝盘所转的圈数 r t 电度表转n圈所用的时间 s 电度表常数 r kW h 泵轴功率Pa 泵轴所接受的功率 kW Pa Pgr mot式中 Pgr 电动机输入功率 mot 电动机效率 电动机效率 PN 电动机额定功率 kW 电动机负载系数 按 GB T12497 1995三相异步电动机经济运行 中的有关公式计算 计算时还需要查出电动机额定效率 N 电动机空载有功损耗P0两个常数 泵输出功率Pu 泵传递给液体的功率 Pu QgH 10 3 Pu 泵输出功率 kW 液体密度 kg m3 g 重力加速度 g 9 81m s2 Q 泵实际排量 m3 s H 泵的总扬程 m 泵的总扬程 P2 P1 泵出口 泵进口压力 Pa Z2 Z1 泵出口 泵进口压力表高度差 m V1 V2 泵进口 泵出口处液体流速 m s 泵输出功率的简要公式 当泵的出口 进口压力表高度差 Z2 Z1 和动能差可以忽略的情况下允许采用下式计算泵输出功率Pu P2 P1 Q 10 3 系统输出功率 系统有效功率 泵系统运行时管网末端输出的有效功率 H3 调节阀后的总扬程 P3 调节阀出口后的压力 Pa Z3 调节阀后的压力表高度 m V3 调节阀后处液体流速 m s 泵的效率 Pu 泵输出功率 Pa 泵轴功率 泵机组效率 Pu 泵输出功率 Pgr 电动机输入功率 管网效率 H1 调节阀引起的扬程损失 m H1 调节阀引起的扬程损失 P3 调节阀出口后的压力 Pa Z2 Z3 调节阀前后的压力表高度差 m V3 调节阀后处液体流速 m s 泵系统效率 泵机组液体输送系统效率 五 注水泵 输油泵应用节能产品节能效果测试与计算 一 测试方法及要求1 采用 效果比较测定法 即在可比的使用条件下 将应用节能产品前后的能耗指标进行比较 用节能率表示其节能效果 具体测试过程应按 GB T3216 1989离心泵 混流泵 轴流泵和旋涡泵试验方法 中的有关要求进行 2 应用节能产品测试前后流量的变化不应超过 5 3 对注水泵 输油泵进行性能测试时 试验应从功率最小的工况点开始顺次进行到功率最大的工况点 测量点应均匀分布在整个性能曲线上 每个点试验时间不应少于10分钟 二 计算方法1 有功节电率 by 有功节电率 W1 应用节能产品前输送1m3介质有功耗电量 kW h m3 W2 应用节能产品后输送1m3介质有功耗电量 kW h m3 2 无功节电率 bw 有功节电率 Q1 应用节能产品前输送1m3介质无功耗电量 kvar h m3 Q2 应用节能产品后输送1m3介质无功耗电量 kvar h m3 3 综合节电率 b 综合节电率 Kq 无功经济当量 kW kvar Kq取值按GB T12497的规定执行 即当电动机直连发电机母线或直连已进行无功补偿的母线时取0 02 0 04 二次变压取0 05 0 07 三次变压取0 08 0 1 当电网采取无功补偿时 应从补偿端计算电动机的电源变压次数 六 泵机组监测项目与评价指标 一 GB T16666 1996泵机组液体输送系统节能监测方法 中的有关要求 二 SY T6275 1997石油企业节能监测综合评价方法 中的有关要求 一 GB T16666 1996泵机组液体输送系统节能监测方法 中的有关要求 1 监测检查项目 1 泵及电动机不得使用国家规定的淘汰产品 2 功率为50kW及以上的电动机应配备电流表 电压表和电度表 功率为100kW及以上的电动机应采取就地无功补偿等节电措施 泵机组与管网匹配 运行正常 管网布置合理 无明显泄漏 2 监测测试项目 1 电动机负载率 2 泵机组效率 3 泵机组液体输送效率 2 评价指标 具体合格指标见下表 二 SY T6275 1997石油企业节能监测综合评价方法 中的有关要求 1 输油泵2 注水泵 输油泵监测项目 1 泵系统效率 2 输油泵机组效率 3 功率因数 输油泵评价指标 输油泵系统节能监测合格指标表 注水泵监测项目 1 注水系统效率 2 注水泵机组效率 3 注水电机功率因数 注水泵评价指标 注水系统节能监测合格指标表 七 泵的性能曲线图1 泵的特性曲线 2 确定泵的工况点 1 管线特性曲线 表示管线中液体阻力 消耗扬程 与其流量之间关系 h表示管线总的阻力损失 如果吸入池和排出池面间的有一高度差和压力差 用静扬程Hj表示 2 确定泵的工况点 当泵在某一工况下稳定工作时 从能量平衡的观点出发 泵的有效扬程在任何时候都应等于一定管线所消耗的扬程 即H Hj h 同时泵排出的流量等于管线中通过的流量 因此泵的特性曲线H Q与管线特性曲线B C的交叉点A 就是泵的工况点 泵必定在此点工作 3 泵流量的调节 在实际工作中 根据工作需要 往往需要对泵的流量进行一定的调节 调节泵的流量也就是相应地移动工况点的位置 为此必须改变泵或管线的特性曲线 管线特性曲线可以利用排出口的阀门进行调节 而泵的特性曲线可以用改变转速 改变叶轮级数和车削叶轮外径等方法来进行调节 1 改变管线特性曲线的方法 缺点 在排出阀门上消耗能量大 泵的调节效率低 优点 设备简单 调节方便 大部分离心泵都采用这种调节方式 2 改变泵的特性曲线的方法 a 改变泵轴转速b 切削叶轮外径c 调节吸入阀门 改变泵轴转速 在管线特性曲线不变的情况下 通过改变泵轴转速 即调速运行 使得泵的特性曲线H Q发生变化 这样就使工况点发生了变化 从而引起流量的变化 优点 并不造成附件的能量损失 调节效率高 缺点 需要采用变转速的动力较大 且变化频繁的系统 八 泵的调速技术介绍 电动机直接调速变频调速串级调速变级调速串电阻调速及无换向器电动机调速变频调速与串级调速为高效的调速系统 恒速电动机带调速传动装置调速液力偶合器液力调速离合器电磁转差离合器 一 变频调速 1 变频调速的基本原理2 变频调速的优缺点 1 变频调速的基本原理 异步电动机转速nf 电源频率 Hz p 极对数 s 转差率 变频调速 变频变压调速 由上式可知 极数p一定的异步电动机 在转差率S变化不大时 转速n基本上与电源频率成正比 因此 只要能设法改变f 就可以改变n 基于这个原理 变频调速就是用变频器作为变频电源 通过改变电源频率的方法 实现转速调节 实际上 若仅改变电源的频率则不能获得异步电动机满意的调速性能 因此 必须在调节的同时 对定子相电压U也进行调节 使f与U之间存在一定的比例关系 故变频电源实际上是变频变压电源 而变频调速准确地称呼应是变频变压调速 2 功率损耗 泵的额定功率Pe与转速n的关系是Pe Kbn3式中 Kb 系数 调速过程中 不同转速ni时泵的轴功率为Pi Kbni3 泵的流量变化与转速变化成正比 即Qi Q ni n i式中 i 调速比可以推出Pi Pei3结论 调低电机转速可以减少功率损失 3 变频调速的优缺点 优点 1 调速效率高 属于高效调速方式 2 调速范围宽 一般可达20 1 并在整个调速范围内均具有高的调速效率 所以变频调速适用于调速范围宽且经常处于低负荷状态下运行的场合 3 机械特性较硬 在无自动控制时 转速变化率在5 以下 当采用自动控制时 能作高精度运行 把转速波动率控制在0 5 1 左右 4 变频装置万一发生故障 可以退出运行 改由电网直接供电 泵仍可继续保持运转 5 能兼作启动设备 即通过变频电源将电动机启动到某一转速 再断开变频电源 电动机可直接接到工频电源使泵加速到全速 变频调速的缺点 高压电机的变频调速装置的初投资比较高 是应用于泵的调速节能中的主要障碍 变频器输出的电流或电压的波形为非正弦波而产生的高次谐波 会对电动机及电源产生种种不良影响 应采取措施加以清除 二 液力偶合器 1 工作原理简介液力偶合器主要由泵轮 涡轮及旋转外套组成 泵轮与主动轴固定连接 涡轮与从动轴固定连接 主动轴和从动轴又分别与电动机和泵相连接 泵轮内腔和涡轮内腔共同形成的圆环状的空腔称为工作腔 通过改变工作腔中工作油的充满度 亦即改变循环圆内的循环油量 就可以改变液力偶合器所传递的转距和输出油的转速 从而实现在动力机为全速的情况下 对泵进行无级变速 2 液力偶合器的优缺点 优点 1 无级调速 在液力偶合器输入转速不变的情况下 可以输出连续的 无级变化的转速 2 工作平稳 可以平稳地启动 加速 减速 停止 3 空载启动 电动机能空载或轻载启动 故可选用最经济的电动机及电控设备 降低启动电流 节约电能 4 隔离振动 液力偶合器的泵轮和涡轮之间没有机械联系 转距通过工作液体传递 是柔性连接 当主动轴有周期性振动 如扭振 时 不会传到从动轴上 具有良好的隔振效果 能减缓冲击负荷 延长电动机及泵的机械寿命 液力偶合器的优点 5 过载保护 由于液力偶合器是柔性传动 其泵轮与涡轮之间有转速差 故当从动轴阻力距突然增加时 转差就增大 甚至制动 而原动机仍能继续运转 而不致烧毁 泵也可以受到保护 6 无机械磨损 因泵轮和涡轮间无直接的机械接触 故工作可靠 能长期无检修运行 寿命长 7 便于控制 液力偶合