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 马信国华东建筑设计研究院有限公司 ：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摘要定水泵效率，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。 ：离心泵、效率标准、轴功率、节能评价值关键词 前言1 备用系数水泵是建筑给排水设计的常用设 K ）水泵轴功率（KW备，选用高效率水泵，节省日常运行耗 N轴备用系数也称富裕系数，它考虑了电机电量，满足工程建设需要，是广大工程其值随轴功率而异，的机械效率等因素，师追求的目标之一，也是节能技术的一 。一般可参考下列数值。见表1个

2、重要内容。但是如何确定水泵效率,每台水泵配用电机额定功率也可 是选泵中面临的一个难题。离心泵驱动机功率匹配参见ISO5199 2离心泵轴功率与电机功率 2. 离心泵在实际运转中由于存在容积技术标准中安全余量，详见表 损失（即泄漏损失）、水力损失（水流在 离心泵的特性曲线水泵内的摩阻、冲击损失）和机械损失3要正确选泵就必须了解水泵的性能（转动的叶轮和泵轴同固定泵壳等轴承特点，离心泵的特性曲线通常由生产厂造成水泵的效率降低；离的摩擦损失），等数轴、H、N心泵的效率实质上是机械、容积和水力家根据实验测定的Q、据标示绘成一组曲线，供使用者选泵和三种效率的乘积，它反映了水泵传递功 ）操作时参考。（见图1

3、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 HQ? 1） （?N? 轴210 N水泵轴功率（KW）式中：轴 Q水泵输送流量（L/s） 水泵输送扬程（m）H %）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。 配用的电机功率2.2 NK?N? ） （2 轴机 离心泵性能曲线 图1 式中：N电机功率（KW） 机1 值 K表 1 N轴（KW）100K1.71.72.51.51.31.31.251.251.151.151.11.11.081.081.05 表2 水泵轴功率与配用电机功率N（KW）轴N机（

4、KW）KN（KW）轴192632.540496881100120145181227286322（KW）N机K备注0.180.251.39221.16表中K值按获N/N轴机得0.270.371.17301.150.40.551.375371.10.550.751.36451.230.811.11.36551.121.11.51.36751.11.72.21.29901.112.331.31101.13.241.251321.14.35.51.281601.16.17.51.232001.19.1111.22501.112.8151.173151.115.918.51.163551.1 它不受管路

5、特性的影响。 4不同型号泵的特性曲线不同，但均有 离心泵的效率标准 4.1国家标准以下三条曲线： 离心泵效率（GB/T13007-91）规定了离心泵的效率标准。见表3和表）4QH曲线，表示流量和扬程关系。（1 需要说明的是，表3、表4特点是其扬程随流量增大而减小。在QH中A栏数值为水泵最高点效率，B曲线上有两条波折线，指示在这条波折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 线范围内水泵的效率较高。的效率值是比转数，n=120210的数值。当Q（2）曲线表示流量和效率关系。其s水泵的比转数小于120或大于Q中效率最高点A表明该泵对应的流量210时，其相对0A应效率值应予修正

6、，具体修正值可这条曲线的下工作最为经济。和扬程H按AGB/T13007-91规定。 变化趋势是从表 流量由小中大，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 效率由低高低。3/h）的给水泵流量范围内，小泵流量（530m曲线表示泵的流量和轴功率QN3（）轴其效率大致在55%65%之关系。其特点是流量由小到大，轴功率间；中泵流量3/h）其效率大致在70%75%之间；大（ 在流量为零时轴功率最小。也由小到大，30150m3/h）可达75%85%之间；）上述三条曲线均在一定转速下测4（泵流量（150m 单级水泵效率在同等流量下，要比多级水泵效值。n故在特性曲线图上需注

7、明转速定。率高，平均约高出5%。总之，离心泵的特性曲线反映了水泵在 水泵高效区的范围大致在最高效率的90%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，2 表3 单级离心泵效率 3/h510152025Q,m3040506070807770.974.9A725875.86473.867.269.476.5(%)6963.8676660.864.8B62.552.568.567.858Q,m3/h9010015020030040050060070080090077.683.785.38384.779.8788285A84.280.8(

8、%)69.574.273.769.97375.57274.571.275.174.9B3/h1000150020003000800010000Q,m40005000600070009000A85.786.687.289.789.98888.6908989.589.2(%)B78.776.677.27879.678.679.878.979.279.480注：（1）表中的效率值是n=120210时的数值s （2）表中的单级双吸离心泵的流量是指全流量值 多级离心水泵效率 表4 3Q,m/h51015202530405060708090100(%)A55.459.461.863.564.865.967

9、.568.969.970.971.572.372.9B49.453.155.356.85858.960.561.862.663.564.164.965.33/hQ,m1502003004005006007008009001000150020003000(%)A75.376.979.280.681.582.282.883.183.583.984.885.185.5B67.56970.97272.973.373.974.274.574.875.475.876注：（1）表中的效率值是n=120210时的数值s4.2 比转数n意义 根据水泵的比例定律，转速提高，其流量相s应增大，水泵的比转数是体现水泵

10、性能的重则效率也增大，在一定比转数范围内，提高转速可提高水泵效率、扬程H、转速n有 要参数，它与流量Q4.3 标准效率下的水泵扬程比转数在120210 关，对于离心泵而言，根据公式（3之间时水泵效率最高。 ）可以推求出在比转数ns为120210，转速n为2900转计算公式比转数n /分时的扬程s计算公式 1 Q65.322nn? Q）186393H?（3 s3 4-1）（ （m） H4 3） （ 3 /s 流量（m）式中：Q 3，120210为同理可以推求出在比转数流量（式中：Q m）/s ns 分时的扬程计算公式为 m 扬程（）1450转/转速n H /） n 转速（r/min（转分）2 Q

11、156）H?（743 m）（4-2） （ 从上式可知：，得常用单级离心泵H比转数随扬程将公式（4增大而减小，随流量增）代入表3 大而增大，说明低比转数水泵扬程高，在最高效率下的最佳扬程。流量小，而高比转数水泵流量大，扬程 小。 5 单级离心泵最佳扬程表Q(m3/h) 5 10 15 20 25 30 40 50 %（）58 64 67.2 69.4 70.8 72.0 73.8 74.9 H n=2900 2.34.9 3.77.8 4.810.2 5.812.3 6.814.2 7.616.1 9.219.4 10.722.6 3 4.39.0 3.77.7 2.34.9 2.75.7 3.

12、06.4 n=1450 0.921.93 1.463.1 1.924.0 3Q(m/h) 60 70 80 90 100 150 200 300 （%）75.8 75.5 77.0 77.6 78.0 79.8 80.8 82.0 H n=2900 12.125.6 13.428.4 14.731.0 15.933.6 17.136.0 22.447.2 27.157.1 35.574.9 n=1450 4.810.1 5.411.3 5.812.3 6.313.3 6.814.3 8.918.7 10.822.6 14.129.6 =4.5% (2) 查修正值 n=72, s3=61.8%

13、/h ，Q=15m5值可知，在满足离心泵最高效(3) 查表4分析表=61.8%-4.5%=57.3% 则率下，其扬程随着流量和转速的增大而1?增加，在实际工程中，低扬程水泵使用120?3.615? KW55N(4)?8. 轴范围较窄，当扬程超出上表中流量对应%3?57.102=11KW N）重新计算比转数查表2，配用电机(5) 3值时，应按公式（机综上可述，影响离心水泵效率的中查得效率 ，然后在nGB/T13007-91 s 修正值，即为该水泵的效率值（主要因素：） 1水泵的流量：水泵流量越大，效 某工程选用一单级单【示例一】 转速为吸离心水泵，2900转/率越高。可参见下图：分，3，扬最高效

14、率点的流量为60m/h 轴功率和电，程为40m求其效率、(%) 单级双吸离心泵 机功率。 ）求n1解：（s 小型单级单吸泵1601 小型多级单吸泵 )65(.32 Q653. 23600?86?2900?n?n s33 Q 40H44 2）查离心泵效率中修正值（ 不同形式离心泵效率图2 比转数增=120210,比转数：在n=2.5% n=86 ss 大，效率也随之增加。3 Q=60m，/h （3）查表3，转速：同样参数的水泵，高转速=75.8% 泵比低转速泵效率高。=75.8-2.5=73.3% 则1扬程：大流量低扬程泵要比小流 40.6)?3(60? 量高扬程泵效率高。KW92?(4)N8.

15、 %?10273.3 使水泵运行在高效区的方法5.=11KW N的配用电机，查表2）（5机水泵实际运行工作点是由水泵【示例二】某工程选用多级离心和管道特性曲线两）（QH特性曲线分，扬程为转/泵转速为2900欲获得高效区工作，者同时决定的。3求其效率、15m，/h，流量为120m关键应设法使管道特性曲线与水泵 轴功率和电机功率。曲线相交于该泵的最佳效率QH 解 点。15 5.1 定流量水泵管道特性曲线50.).365(? (1)n36002900?s在工程设计中，采用水池、水 ?750.20泵、高位水箱的给水方式。水泵采 ,（多级离心泵有六级每级20）用一用一备时，流量是恒定的，其72 72.2

16、扬程由静扬程和出水管道水头损失4 二次方成正比，而轴功率与转速的三次方及流出水头三部分组成，流出水成正比。 头较小可略去，则总扬程可表达又根据转速与频率关系： 为下式 H=H+SQ） （50 （6） （即水泵静扬程（） 式中：H0式中： n转速（从水池最低水位提升到水箱的高r/min） f频率（Hz）水位） pS为输水管道的阻力系数，级组数 可求出改变转速后流量、扬程、轴功 与管道长度、材质、直径等有关率和频率变化参数。Q输水流量（L/S） 管道特性曲线有三种情况，表6 转速下降后流量、扬程、轴功 3所示。见图率和频率变化值 n=100% Q H 频率=50N轴 3/h) （m） (KW） （

17、Hz） (m 94% 0.94Q 0.88H 0.830 47 SQHH管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2+SQH=H。当采用恒压（非变压）压力，即0供水时，其水泵扬程不能满足恒压要求 图3 管道特性曲线时，就会出现小流量不出水现象，电机发 热，空转故障。 正好通过所选水泵最高效率水泵变频改变转速后，效率下降很 点（。A）大，主要是小流

18、量效率较小缘故，还有电管道阻力损失值估算高，配机从满载到3/4负载再到1/2负载，电机 Q-H管偏大，和曲线交于点。B效率亦随之下降。试举一例。 曲线Q-H配管管径偏小，和格兰富水泵曾实测同一水泵50Hz 交于C点。（100%转速）到47H（94%转速）的效率。Z点低，运行在点效率较、B由于CA水泵型号CR32-2 2917r/min，配4kw电点，点造成电机功率增大，运行至BC机。从表7可得：频率下降6% 则流量偏小，效率也下降。因此，根据则：流量减少40% 管材、摩阻、长度，精确计算沿程和局水泵效率下降13.4% 部水头损失，使计算的管道特性曲线正整机效率下降14.6% 好交于A点，是必需

19、的步骤。轴功率降低31% 即节能率为31% 5.2 变流量水泵的工作点效率将本案例按前述方法计算，比较理恒压变流量供水方式，通常采用变论值与实际数据，见表8和表9。 频调速方法，根据比例定律，水泵流量表8、表9证明优质产品水泵其与转速的一次方成正比，扬程与转速的效能指标完全可以达到并超出 5 国家规定的离心泵效率，同时也说明只有选用高效优质水泵才能达 到节能要求。变频供水效率实例表7 水泵转速 3Q(m/h) H（m） N轴 1泵+电机 2HZ 100% 25 32.8 3.02 KW74% 65.2% 50 94% 15 32.8 2.08 KW64.1% 55.7% 47.1 表8 恒速运

20、行设计参数与样本数据对照表 3Q(m/h) H(m) (%) n (r/min) nsN（kw） 轴N（kw） 机 设计25 32.8 64.3 2917 108 3.47 5.5 样本 25 32.8 74 2917 3.02 4 表9变频运行理论参数与实测数据对照表 3 %（） Q(m/h) 节能评价值泵类型3Q(m/h) H(m) (%) n(r/min) nsN（） KW轴负载率 （%） 节能率（%） 理论15 32.8 58.8 2742 79 2.28 41 34.3 实测 15 32.8 64.1 2742 2.08 52 31 6 节能型水泵能效要求 泵规定点效率应达到的最低保证值” 国家规定6.1 表10 离心泵节能评价值 为大力推行节能型水泵，我国于日发布了清水离心1352005年月+2% 单级单吸 300 1泵