泵原理与节能

ReducingFacilityEnergyCostsbyOptimizingPumpingSystems

通过优化泵送系统降低设备的能源成本向文国

中国电机节能推广专家组

教授

WorkshopTopics主要内容IntroductiontoEnergyConservationBenefitsEnergyBasicsHowElectricUtilitiesBillforEnergyPumpSystemFundamentalsSystemRequirementsPumpsMotors,DrivesandControls节能介绍效益能源基础电能费用泵系统理论基础

系统要求泵电动机，驱动及控制装置WorkshopTopics主要内容CollectingPumpSystemData泵系统数据的收集PumpSystemElevations 泵系统标高NameplateInformation 铭牌信息FieldMeasurements 现场测量PumpSystemAnalysis泵系统分析CaseStudies 案例的研究分析IntroductiontoEnergyConservation

节能介绍financialandpollutionpreventionbenefitsofenergyconservation

节能的财务效益及环保效益

财务效益以某制药厂为例：

一台160kw

水泵，由于长期工作在低效区，经过高效改造，运行效率得到提高，年运行节约费用可达37万元人民币。情况比较普遍。环保效益SO2减排NOX减排CO2减排粉尘减排噪音等减排PumpSystemFundamentals

泵系统基本原理Thereareatremendousvarietyoffluidsystemswithequallyvariedpurposes

不同流体系统所泵送的流体可用于不同的使用场合Thepumpedfluidsupportsanotherproduct所泵送的流体被用作其它产品的介质HeatremovaloradditionPowergeneration 散热或供热

发电Thepumpedfluidistheproduct所泵送的流体即是产品本身Oiltransport Potablewater 油输送

饮用水Thinkofthesystemrequirements,orultimategoalofthesystem,asaconsumer

作为用户，需要考虑系统的各种要求,或系统的最终目标供电馈线变压器电机断路器/启动器无极变速传动装置(电动)电机联轴节泵系统流体最终目标Theelectricutilityisthesourceforthesupplyofenergyusedbytheconsumer.Buttherearemiddle-menallalongthesupplychain.Somealmostalwaysgiveagooddeal,butotherscanbedeceptiveifyoudon'tkeepacloseeyeonthem.用户所使用的能量供应来自公用电力事业设施。但是供应链上存在许多中间环节。其中一些环节非常有利，但是其它环节带有欺骗性，必须予以密切关注。Animportantconsideration:

Systemrequirementsmayvarywithtime

非常重要的考虑：系统要求可能随时间而变化Seasonalloads(chilledwater,associatedtowerwater,etc).季节性负载(冷却水,相关水塔等).Processesthatareshutdownovernightorduringweekends在晚间或周末需要停车的工艺设备。Potableandwastewater生活饮用水及废水。EXAMPLES例如Annualflowfluctuationexample

年流量波动实例Averageflowrate平均流量Calendarmonth 月份123456789101112Wecansortthemonthsbyflowrate

我们可以通过流量变化对月份进行分类排列876951043111221Averageflowrate平均流量Calendarmonth 月份Dailyflowfluctuationexample

日流量波动实例Time 时间Flowrate流量12am6am12pm6pm12amThefluidsystem-itprovidesameansofdirectingandcontrollingflow,butataprice

流体系统——流量与压力的关系Pressure 压力"Systemcurve““系统特性曲线"Flowrate 流量Guesswhopaysthesystemprice--thepump

(butitjustpassesthecostalong….)

猜想由谁支付系统价格——泵(但是只需要将成本传递到….)"Pumpcurve“"泵特性曲线"Flowrate 流量Pressure 压力Thepumpandsystemonlytransactbusiness

onepointatatime

泵及系统只在某一时间的一交点处运转工作"Pumpcurve“"泵特性曲线""Systemcurve““系统特性曲线"OperatingPoint运转工作点Flowrate 流量Pressure 压力Themotor,yetanothermiddleman,passesthecostalongtothepowersupply

电机,还有其它中间环节，可以将成本传递到供电上Flowrate 流量Power 功率

Shaftpower轴功率Pumpfluidpower泵流体功率Electricpower电功率Motorefficienciesareessentiallyconstantovermuchofthemotorloadrange

电机效率在大部分电机负载范围内都是恒定不变的100959085807570Efficiency,%效率,%1009080706050403020100Load,%rated负载,%额定负荷100hp

100马力10hp10马力Theadjustablespeeddrive,whenpresent,canhaveanimpactonthenatureofseveralelements供电馈线变压器电机断路器/启动器无极变速传动装置(电动)电机联轴节泵流体系统最终目标如果采用无极变速传动,将对系统的许多构成环节的性质产生影响Combinedmotoranddriveefficiency:

Centrifugalloadsimulation

电机及驱动装置的联合效率（模拟离心负载）8884807672Combinedefficiency,%联合效率,%1009080706050Speed,%rated 速度,%额定速度Average平均效率Best 最佳效率Worst 最差效率Note:Used50-hp(38kW),2-pole,standardefficiencymotor注：采用50-马力(38kW),2-极,标准效率的电机Fluidsandfluidsystemsarealotlikepeople…..

流体及流体系统更有与人相似之处…..Theydependonanexternalpowersourcetogetthemstartedandkeepthemmoving流体系统利用外部能源启动并使流体移动。Theyarehappiestwhentherearefewtwists,turns,suddenstopsandstarts流体及流体系统内部需要有非常少的曲折、回转、突然停止和启动。Theyareaffectedbywherethey’vebeen,wheretheyare,andwherethey’regoing流体及流体系统受其过去、现在和将来所处地点影响。Theyneedsomeboundariestobeeffective,butiftheboundariesaretootight,therewillbefriction(doesanyonehaveateenager?)流体必须受到某种程度的约束限制，但是如果限制太严厉，将出现流体动力摩擦(如同每个人处于十几岁青少年阶段的状态，哪个人没从该年龄段经过呢?)。

Pumpingsystemoptimizationconcepts

泵抽送系统优化概念Properlysizesystemstomeetcurrentneeds正确配置系统规模以满足当前要求。Avoidunnecessaryfrictionlosses防止不必要的流体动力摩擦损失。Balanceoperationwithactualneeds按照实际需要平衡运行。Itisimportanttoproperlymaintainsystems正确对系统进行维修保养。Pumpingsystemoptimizationconcepts

泵抽送系统优化概念Lookforopportunitiestoreducespeed寻找降低速度的可能性。Limitthrottledflowcontrolandbypassflow对系统内节流控制和旁流进行限制。Applyspeedcontroldevices,suchasvariablefrequencydrives(VFDs),withcaution采用速度控制装置,诸如变频驱动(VFD)。Considermultiplepumpsforperiodicpeakdemands考虑采用多级泵配置以满足周期性峰值的要求。-Prescreeningmotorsystems-

Findingtheeasierroadtogreatersavings

-预先筛查电机系统-

发现更能够节约成本的更容易的途径Primaryprescreening:

Thefirstpriorityistousecommonsense

主要筛查内容：可以优先采用经验常识进行筛查Turntheequipmentoffifitisn'tneeded如果不需要，关掉该设备。Focusonthelargeequipmentthatrunsalot重点关注经常运行的大型设备。Secondaryprescreening:...

辅助筛查内容:...Therearetwodifferentmethodsthatcanbeusedinsecondaryprescreening:辅助筛查可以采用两种不同的方法进行:LookingatSymptoms查看征兆AnalysisoftheSystem对系统进行分析and/or和/或SYMPTOMS:Looking&Listening

征兆诊断:看&听Somesymptomsofinterest:需要注意的一些征兆:Systemswiththrottledflowcontrolorbypassflowcontrol系统带有节流控制或旁流控制。Thepresenceofsignificantcavitationnoise,eitheratthepumporelsewhereinthesystem在泵或系统的其它地方出现巨大的气蚀噪音。Frequentpumpstartingandstopping

泵的频繁启停Multipleoperatingparallelpumps(wherethenumberofoperatingpumpsseldomchanges)多台并行泵(在该地方运行泵的数目很少发生变化)。Acquiringinformationandanalyzing

获得所需要的信息资料并进行分析Therealgoalbehindacquiringandanalyzingdataistoletusknowif:获得并分析数据资料之后，我们的实际目标是了解是否：wesetthebigtable,butnooneiscomingtodinner2) 我们准备了大的餐桌，但是没有人来此就餐。wearepouring20litersintoa10literbucket1) 我们正在将20升水倒入到10升桶中。OR或(Animbalancebetweenrequirementsandtheactualconditions)(在要求和实际条件之间存在不平衡)(Apumpthatisn'tproperlysizedfortheapplication)(规模上没有正确满足使用要求的泵)Observationsonsomeof

thepowertraincomponents

观察了解一些能量链组成Utilitysystem-linelosses(wecannotdomuchaboutthat)Transformer-Veryefficient(typicallyupper90’s%)Breaker/starter-negligiblelossesAdjustablespeeddrive-Tobediscussed(briefly)Motor-Tobediscussed(briefly)Coupling-Theselossesshouldbeminor!Pump-TobediscussedSystem-TobediscussedUltimategoal-Tobediscussed供电系统–电力线路损失(不过多讨论)变压器–效率非常高(通常超过90%)断路器/启动器–损失可忽略不计无极变速传动-待讨论(简单讨论)电机-待讨论(简单讨论)联轴节–该部分损失应当是次要的!泵-待讨论系统-待讨论最终目标-待讨论Understandtheultimategoal

理解最终目标Maximizetheoveralleffectiveness.使系统的总效率最大化.最终目标流体系统泵联轴节电机无极变速传动装置(电动)电机断路器/启动器变压器供电馈线Tooptimizethefluidsystem,itisessentialtounderstandtheultimategoalofthesystem

为了优化流体系统,有必要理解系统的最终目标Understandwhythesystemexists理解为什么该系统能够存在。Haveclearlydefinedcriteriaforwhatisreallyneeded明确确定真正需要什么的标准。Understandwhat'snegotiableandwhat'snot理解什么需要探讨，什么不需要。(Youcanonlypourjustsomuchwaterintoabucket)(您只需要在桶内倒入恰好这么多的水就可以了)“Mycupisoverflowing”(Overcapacity)

“我的杯子溢出了”(生产能力过剩)Heatexchangers热交换器BuildingLoads建筑负载CoolingTower冷却塔Demin.Waterpump(s)Demin.水泵Towerwaterpump(s)冷却塔水泵77F(25C)82F(28C)79F(26C)77F(25C)Understandthefluidsystem

理解流体系统泵联轴节电机无极变速传动装置(电动)电机断路器/启动器Maximizetheoveralleffectiveness.使系统的总效率最大化.最终目标变压器供电馈线流体系统Thereareavarietyofprocessandcontroltypes

有各种各样的工艺及控制类型Continuous连续型Batch批处理型Combination混合型Canbeeithersteadyorvariableflow可以选用稳定流量或可变流量On/off 开/关Valvethrottling 阀门节流Bypassing 旁通Variablespeeddrive 变速驱动Combinations 混合型Processtypes:工艺类型:Controltypes:控制类型:Ideally,fluidmovementenergyrequirements

areproportionaltomassandhead

理想状态下,流体移动的能量要求与质量和压头成比例能量要求=11770Nm,或2.81大卡

30升(30公斤)m(低于一个M&M)(=美国糖果)40mstatichead40米静压头(lessthanoneM&M)(=Americancandy)Idealpowerdepends

onhowfastitismoved

理想状态下所要求的功率取决于流体移动的快慢Powerrequired= 65watts所要求的功率=65瓦30升(30公斤)40min180seconds在180秒内压头达到40米Importantfundamentalrelationships

重要的基本关系式AND并且Reducetheruntime降低运行时间Reducetheflowrate 降低流量Reducethehead 降低压头Reduceenergyuse,cost降低能源消耗,成本}Fluidpower(W)=Q(m3/s)xH(m)xρx9.8or流体功率(瓦)=Q(米3/秒)xH(米)xρx9.8

或Fluidpower(kW)=Q(m3/hr)xH(m)xρ

¸367or流体功率(瓦)=Q(米3/小时)xH(米)xρ

¸367

或Fluidpower(kW)=Q(lit/s)xH(m)xρ

¸102流体功率(瓦)=Q(升/秒)xH(米)xρ

¸102Fluidenergy=Fluidpower•operatingtime流体能量=流体功率x

运行操作时间(ρ=specificgravity)(ρ=比重kg/m3)Howcloseistheactualsituationtoidealconditions?

实际情况与理想条件接近程度如何？650litersperpersonperday每人每天消耗650升水Requiredsupplypressure=35m(343kPa)所需要的供水压力=35米(343千帕)Assumptions:假设:

Itlookslikeacityof200,000wouldrequireabout520kWofpotablewaterpumpcapacity那么200,000人口的城市需要大概520千瓦容量的饮用水泵。Whatpowerisrequiredtoprovidepotablewaterto200,000people?向200000人口提供饮用水需要多少动力?However,usingonesmallcityasanexample,theactualpowerrequiredwasover2500kW但是，以某一小城市为例，实际电能消耗需求超过2500kWClearly,theactualsituationdoesnotwork

likeouridealizedexample!Whynot?

非常明显，实际情况与理想状态不同，为什么呢?Moreflow,headthanneeded比所需要的更大的流量和压头要求。Processingplantrequirements工艺处理装置的具体要求。Pipeandpipecomponentfriction管道及管道部件的流体动力摩擦。Pumpinefficiency泵的效率。Allsystemsarenotflateverywhere所有系统并不是到处都平滑无阻力。OK.....whicharemostimportant?好..…所有这些都是非常重要的?Totrytoanswerthis,itisusefultoreview

theenergyrelationshipsinfluids

为了解答该问题，有必要对流体当中的能量关系进行讨论。Oneofthesinglemostimportantfluid

energyrelationshipswasidentifiedinthe1700’s

其中一个最重要的流体与能量关系在18世纪被确定Bernoulli伯努利Euler

欧拉ComponentSymbol 参数符号 Velocity(速度) VThecombinedenergy,orhead,associatedwiththefluidvelocity,pressure,andelevationalongafrictionlessstreamlineisconstant,eveniftheindividualcomponentsarenot.即使单独部件不满足该要求，无流体动力摩擦流线型装置的相关能量,或压头,以及流体速度,压力,及标高是恒定不变的。Pressure(压力) PElevation(标高) ZBernoulli'sprinciple:Totalenergyis

constantalongafrictionlessstreamline

伯努利原理:流体沿无动摩擦流线型的总能量是恒定不变的=fluiddensity,kg/m3g=gravitationalacceleration,9.8m/sec2Note:Unitsareinmofhead=流体密度,千克/米3g=重力加速度,9.8米/秒2注：压头的单位是米。1++Z1

V12

P1

2g

g

()2++Z2

V22

P2

2gg

()=Example:Whatpumpdischargepressure

isneededtogetwatertothetankat(2)?

例如:需要什么样的泵输送压力才能将水输送到储水池(2)当中?

Station蓄水站 1 2Velocity(m/sec) 3 0速度(米/秒)Pressure(kPa) ? 0压力(千帕)Elevation(m) 0 15标高(米)2P1115mWecaneasilycalculatetheheadatTank2

我们可以轻易计算储水池2的压头

Station蓄水站 1 2Velocity(m/sec) 3 0速度(米/秒)Pressure(N/m2) ? 0压力(牛/米2)Elevation(m) 0 15标高(米)Station2totalhead:蓄水站2总压头:01000•9.8+(0)2

2•9.815+=15

m2P11Sincetheheadsatourtwopointsmustbeequal,

wecancalculatethepressureatpoint1

由于在两点的压头必须相等,所以我们能够计算点1的压力Station1totalhead:蓄水站1总压头:

(3)2

P1

2•

9.8

9800++0=0.45+

P1

9800P1

=(15-0.45)•9800=142,590N/m2=143kPaor1.43barP1

=(15-0.45)•9800=142,590牛/平方米=143千帕或1.43巴2P1QQ1Notice:eventhough3m/secisarelativelyhighvelocity,thevelocityhead(0.45m)isverysmall.注意：即使3米/秒是相对高的速度，但流量压头(0.45米)也非常之小。Amorepracticalapplication,forour

purposes,istheventuriflowmeter

对于我们而言，更具有实际应用价值的是文丘里流量计V1,P1V2,P2V2isgreaterthanV1;thereforeP2islessthanP1V2

大于V1;因此P2

小于P1Nowforanextremelyimportantfeaturetounderstand:

Systemperformancecurves

至此需要理解的非常重要的特性是:

系统性能曲线Systemcurvesaremadeupoftwofundamental

components-thestaticheadandthefrictionalhead

系统特性曲线包括两部分-静压头及流体动力摩擦损失压头302520151050Head,m压头,米10008006004002000Static/Fixed流体静力/固定系统Friction流体动力摩擦系统Total合计Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Illustrationoftwosystemtypes

两个系统类型的图解说明Mostlystatichead主要静压头Allfrictionalhead只有流体动力摩擦损失压头Somesystemexamples

系统实例Staticheaddominatedsystemsinclude:静压头起决定性作用的系统包括:Coolingtowerpumpsystems冷却塔泵送系统Influentpumpsystemsatwastetreatmentplants污水处理装置的注水泵系统。Mostly/completelyfrictionalsystemsinclude:大部分/全部为流体动力摩擦系统包括:Closedcyclecoolingwatersystems封闭式循环冷却水系统Returnactivatedsludgepumpsystemsatwastetreatmentplants在污水处理装置回收淤浆泵系统Firstletuslookatsystemsthat

haveonlystatichead(i.e.,nofriction)--

liketheexamplewherewepumpedwater

fromonetanktoanother

首先了解只具有静压头(也就是说无流体动力摩擦)的系统——

类似于将水从一个储水池泵送到另外一个储水池的例子。Thestaticheadcomponentdoesnotchangewithflowrate--threestaticheadcurves

静压头不随流量变化——三条静压头特性曲线302520151050Head,m压头,米10008006004002000Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Sincehydraulicpowerisproportionaltoflowratetimes

head,theidealpowerrequiredincreaseslinearlywithflow

由于流体功率与流量和压头成比例，所以

所要求的理想功率水流量线性的增加。706050403020100Fluidpower,kW流体功率,千瓦1000800600400200015m20m25mFlowrate,m3/hr流量,米3/小时Butwhataboutreality?

但是实际情况怎么样呢?Intherealworld,frictionexists(bothwithinthefluiditselfandbetweenthefluidandpipewalls).在自然界当中,存在流体动力摩擦(既存在流体本身内部，也存在于流体与管道壁之间).SohowmuchdoesfrictioncausetherealworldtodeviatefromtherelationshipsoftheBernoulliprinciple?因此流体动力摩擦使实际情况与伯努利原理关系偏离到何种程度？Itdepends.Sometimesalittle,sometimesalot.在实际系统当中，流体动力摩擦的影响有时非常小，有时非常大Wecanslightlymodifythe

Bernoulliequationtoaccountforfriction:

我们可以轻微修改伯努利方程式来计算流体动力摩擦:12++Z1=

V12

P1

2gg()++Z2

V22

P2

2gg()Hydraulicenergyatpoint2isloweratpoint1becauseofthefrictionloss,sowebalancetheequationbyaddingithere由于流体动力摩擦损失，在点2的流体动力能量低于点1的流体动力能量，因此我们在这里增加该项来平衡此方程式。+hf

Whataresomesourcesof

frictioninpumpingsystems?

在泵抽送系统当中什么是产生流体动力摩擦的根源?Pipewalls 管道内壁Valves 阀门Elbows 弯头Tees 三通Reducers/expanders 变径接头Expansionjoints 膨胀节Tankinlets/outlets 容器进口/出口(Inotherwords,almosteverythingthatthepumpedfluidpassesthrough,aswellasthefluiditself)(换句话说，几乎所泵送流体经过的所有物体，以及流体本身都是产生流体动力摩擦的根源)。First,wewilldiscussfriction

lossconsiderationsinpipingitself

讨论管道系统本身所造

成的流体动力摩擦损失Pipefrictionlossestimatesareusuallybased

onanequationreferredtoasDarcy-Weisbach

管道流体动力摩擦损失的评估

通常根据达西-威斯巴克方程式确定Thisequationisveryusefulinunderstandingwhichparametersinfluencefrictionlossesinpiping:对于理解影响管道流体动力摩擦损失的参数，下面的该方程式是非常有用的。

hf

= pressuredropduetofriction(ft) f = Darcyfrictionfactor L = pipelength(ft) d = pipediameter(ft) = velocityhead(ft)hf=f••LdV22gV22g

hf

= 由于流体动力摩擦(英尺)产生的压力降 f = 达西流体动力摩擦系数 L = 管道长度(英尺) d = 管道直径(英尺) = 流量压头(英尺)V22gThefrictionfactoriswhatcouldbecalleda

fudgefactorthataccountsforavarietyofeffects

流体动力摩擦系数被称为插入系数用来计算各种影响因素fhf=

••V22gLdThefrictionfactor,f,isaffectedby:theroughnessofthepiping,theviscosityofthefluidbeingpumped,thesizeofthepiping,andthevelocityofthefluidff流体动力摩擦系数f受如下因素影响：管道的粗糙程度。

所泵送流体的粘度。管道的尺寸规格。以及流体的流动速度。Nowwewilldiscusspipingcomponents

andtheireffectonfrictionallosses

管道部件及其对

流体动力摩擦损失的影响Pipingcomponentfrictionlossesarealso

primarilydependentonexperimentaldata

管道部件的流体动力摩擦损失也主要取决于实验数据Forpipecomponents,frictionlosseshavegenerallybeenestimatedbasedonthevelocityhead.对于管道部件,流体动力摩擦损失通常根据流量压头进行评估。hf=K•V22gK = Losscoefficient

损失系数 = velocityhead

流量压头Kisafunctionofsize,andforvalves,thevalvetype,andvalve%open.K是尺寸的函数,取决于阀门,阀门类型,及阀门开度占全开位置的百分比。V22gSometypicalKvaluesfor

miscellaneouspipecomponents:

用于各种管道部件的一些典型K值:Component ComponentK管道部件

管道部件K值90°elbow,standard90°标准弯头 0.2-0.390°elbow,longradius90°长径弯头 <0.1-0.3Square-edgedinlet(fromtank)方边进口(容器) 0.5Dischargeintotank容器出口 1Checkvalve止回阀 2Gatevalve(fullopen)闸阀(全开) 0.03-0.2Globevalve(fullopen)球形阀(全开) 3-8Butterflyvalve(fullopen)蝶阀(全开) 0.5-2Ballvalve(fullopen)球阀(全开) 0.04-0.1Systemperformancecurves

foranallfrictionalsystem

系统性能曲线

用于所有流体动力摩擦系统Ashasbeendiscussed,frictionallossesare

proportionaltothesquareofthevelocity,orflowrate

如前面所讨论的,流体动力摩擦损失与流速或流量的平方成比例1086420Head,m压头,米10008006004002000Doublingtheflowratequadruplestheheadloss如果流量加倍，那么将产生四倍的压头损失Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Thefrictionallossesnaturallydropaspipesizeisincreased

30mofnewpipe(nominalpipediametersinmm)

当管道尺寸增加时，流体动力摩擦损失自然降低1.00.20.0Headloss,m压头损失,米500040003000200010000Flowrate,m3/hr3004005006007509001m/s1.5m/s2m/s流量,米3/小时Frictionalpoweris~proportionaltotheflowcubed:

30mofnewpipe

流体动力摩擦功率与流量的立方成比例43210FrictionalkW流体动力摩擦功率千瓦5000400030002000100003004005006007509001m/s1.5m/s2m/sFlowrate,m3/hr流量,米3/小时Headlossin300-mmbutterflyvalvesasafunctionofflowrateandvalveposition

300毫米蝶阀的压头损失与流量和阀门位置的函数关系曲线3.02.52.01.51.00.50.0Headloss,m压头损失,米100959085807570Valveposition,%open阀门位置,%全开位置800m3/hr100m3/hr400m3/hr1000m3/hrPowerlostduetofrictionin300-mmbutterfly

valvesasafunctionofflowrateandposition

300毫米蝶阀的流体动力摩擦所造成的功率损失与流量和阀门位置之间的函数关系曲线86420FrictionalkW流体动力摩擦功率千瓦100959085807570Valveposition,%open阀门位置,%全开位置800m3/hr100m3/hr400m3/hr1000m3/hrHeadlossforthreetypesof300-mm

controlvalvesat500m3/hr

三种类型的300毫米控制阀门在流量为500米3/小时的压头损失4.03.02.01.00.0Headloss,m压头损失,米100959085807570Valveposition,%open阀门位置,%全开位置Linearglobevalve线性球形阀Butterflyvalve蝶阀Ballvalve球阀"Passive"elements,suchascheckvalves,

canalsohavesignificantheadlosses

“被动”部件,诸如止回阀门，也能够造成重大的压头损失(For300-mmswingcheckvalve(losscoefficientof2assumed)(300-毫米回转止回阀门(假设损失系数为2)0.0Headloss,m压头损失,米6005004003002001000Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Actualsystemsrangefromallfrictional

tosystemsthataredominatedbystatichead

静压头起决定作用的所有流体动力摩擦实际系统的范围Wewillestablishthreeexamplesystemcurvestobeusedthroughouttherestofthispresentation:我们将建立三种实例系统特性曲线，贯穿使用于本演示的其余部分：Allfrictionalheadsystem只有流体动力摩擦损失压头系统Systemwithamixtureofstaticandfrictionalhead系统带有流体静力和流体动力摩擦损失压头Systemwithpurestatichead系统只带有静压头(Note:thecolorschemeusedforthethreesystemtypeswillbeusedthroughout)(注：三种系统类型所采用的颜色将在整个内容贯穿使用)(Theworkingfluidwillbeambienttemperaturewater)(工作流体是环境温度下的水)Systemheadcurvesforallfrictional,

allstatic,andcombinedstaticandfrictionsystems

所有流体动力摩擦,流体静力和综合流体静力和流体动力摩擦系统的系统压头特性曲线50403020100Head,m压头,米10008006004002000Staticandfriction流体静力和

流体动力摩擦系统Frictiononly仅限于流体动力摩擦系统Staticonly仅限于流体静力系统Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Theidealinputhydraulicpowerisproportional

totheproductofthesystemheadandcapacity

理想输入流体功率与系统压头和容量成比例100806040200Fluidpower,kW流体功率,千瓦10008006004002000Staticandfriction流体静力和

流体动力摩擦系统Frictiononly仅限于流体动力摩擦系统Staticonly仅限于流体静力系统Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Workingourwayfromthewatertothewallet

排除困难，寻求节约水泵送能量的有效方法Andfinally,thecostofrunningthemotor=Motorinputpower·operatinghours·perunitelectricitycost最终，电机运行成本=电机输入功率

x

运行小时x每套装置的电力成本MotorPump电机输出功率

电机效率电机输入功率(kwe)=流体功率泵效率泵输入功率(千瓦)=(或电机输出)米3/小时x米x

比重367流体动力(千瓦)=Combiningalltherelationshipsforwater….

结合所有各个方面的关系….Ifweputthatalltogether,thecostofpumping=m3/hr·m·hoursofoperation·cents/kwhr367·pumpefficiency·motorefficiencyAkilowattinthewaterisworth1.3to2kilowattsonthewire!!!每千瓦水相当于1.3到2千瓦电网线路的电力。IMPORTANT:重点:如果我们将各种关系放在一起：水的泵送成本=米3/小时x

米x

操作运行小时数x

美分/千瓦时367x

泵效率x

电机效率Sowithsomeassumptions,wecanconvert

flowrateandheadintoRMB:

因此从某种意义上说，我们能够将流量及压头转换成人民币:0.83RMB/kwhrcombinedpump&motorefficiency=70%8760hours/yearoperation(100%)0.83元人民币/千瓦时泵&电动机联合效率=70%8760小时/年运行(100%)Justlikepower,thecostincreaseslinearlywithflowrateforpurelystaticheadsystems

对于单纯静压头系统，正如同功率一样，成本随同流量线性增加Combinedpump&motorefficiency=70%泵&电机的联合效率=70%8306644983321660Annualcost,RMB1,000’s年成本,RMB1,000’s1000800600400200015m20m25mFlowrate,m3/hr流量,米3/小时4150033200249001660083000Annualfrictionalcost,RMB年流体动力摩擦损失成本,RMB500040003000200010000Annualfrictionalcostsof30metersofclean,newpipe

@0.83RMB/kWh,70%combinedmotor&pumpefficiency

30米干净，全新管道的年流体动力摩擦损失成本

@0.83元人民币/kWh,电机&泵联合效率的70%3004005006007509001m/s1.5m/s2m/sFlowrate,m3/hr流量,米3/小时Frictionalcostcomparison:300-mmpipeandvalves

流体动力摩擦损失成本对比:300-毫米管道及阀门0.83RMB/kwh,combinedpump&motorefficiency=70%0.83RMB/千瓦小时,泵&电机联合效率=70%830066404980332016600Annualcost,RMB年成本,RMB6005004003002001000Checkvalve(k=2.0)25mpipe(300-mm)ButterflyValve蝶阀止回阀(k=2.0)25米管道(300-毫米)Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Annualcostforthethreesystemscase

三种系统的年成本0.83RMB/kwh,combinedpump&motorefficiency=70%0.83RMB

/千瓦小时,泵&电机联合效率=70%9968306644983321660Annualcost,(RMB1,000’s)年成本,(RMB1,000’s)10008006004002000Flowrate,m3/hrStaticandfriction流体静力及流体动力摩擦系统Frictiononly仅限于流体动力摩擦系统Staticonly仅限于流体静力系统流量,米3/小时Backtothethreebasicprinciplesto

minimizingfluidsystemenergyrequirements

三种基本原理使流体系统的能量要求最小ÞReducetheruntimeReducetheflowrateReducetheheadReduceenergyuse,costButhowdowedothat?但是我们怎样才能够做到呢?}降低运行时间降低流量降低压头降低能量消耗,成本}ÞHowdowereduceruntime,head&flowrate?

我们如何降低运行时间,压头&流量?avoidexcessivevalveandotherfrictionlosses防止过多的阀门及其它流体动力摩擦损失keeppipingsystemflushedandclean保持对管道系统的冲洗并保持清洁keepflowratessteady-minimizinghighflowrateswings保持流量的稳定-最大限度的降低高流量波动meetthesystemneedsandnomore恰当满足系统的要求Cleaningoutthepipe….Piggingdevicesareavailablecommerciallyforpipecleaning

清洁管道….可以利用清管球装置对管道进行商业化清洗Source: /PictureGallary.htm来源: /P000305.jpgSomemorepigginginformation….

更多有关清管信息….Sources: /services.htm来源: /images/pigsmain.jpgUnderstandingthepump

对泵的了解Maximizetheoveralleffectiveness使系统的总效率最大化供电馈线变压器电机断路器/启动器无极变速传动装置(电动)电机联轴节泵流体系统最终目标Pumpscanbegenerallyclassified

intothefollowingcategories

通常情况下，泵能够被分为如下类型PumpTypes泵类型DynamicPumps动力泵DisplacementPumps活塞泵EndSuctionCentrifugal 单侧吸入离心泵SplitCase 分体泵VerticalTurbine 立式涡轮泵SpecialPumps 特种泵•JetPumps 喷射泵•Regenerativeturbines 再生涡轮泵•VortexPumps 涡流泵Reciprocating 往复式Rotary 旋转式•Piston 活塞泵•Diaphragm 隔膜泵•ProgressiveCavity 螺杆泵•MultipleGear-Lobe 多齿叶泵•Peristaltic 蠕动泵DifferencebetweenDynamic

andDisplacementPumps

动力泵与活塞泵之间的差异DynamicPumps(typicallycalledcentrifugalpumps)arepumpsthatrequireenergytobeaddedcontinuously动力泵(通常被称作离心泵)是一种需要连续添加能量的泵。DisplacementPumpsarepumpswhereenergyisaddedperiodicallytoasetvolumeofwater活塞泵是一种需要周期性添加能量到设定的水容量的泵。OurFocusWillBeonDynamicorCentrifugalPumps

我们将关注动力泵或离心泵Withinthecentrifugalpumpcategory,there

aremultiplesubcategories

各种离心泵还可以细分为多种多样的子类Impellergeometry(i.e.,radial,mixed,axialflow)叶轮几何结构(例如径流式，混合式，轴流式)Impellersidewall(open,semi-open,closed)叶轮侧壁(全开，半开，关闭)Suction(singleordouble)吸入类型(单吸或双吸)Stages(singleormultiple)分级(单级或多级)Collector(voluteordiffuser)收集器(涡壳或扩散体型)Orientation(verticalorhorizontal)方位(立式或卧式)etc.,etc.等等Thegeneralimpellergeometrysuggeststhegeneralheadandflowrelationship(andvice-versa)

一般情况下，叶轮的几何尺寸能够表示总压头与流量的关系(反之亦然)Radialflow径向流动Axialflow轴向流动FrancisvaneormixedflowFrancis叶片或混合流动方向Typicalpumpnameplateinformation

典型泵铭牌信息资料Flowrate(m3/hr)流量(米3/小时)Head(m)压头(米)Rotatingspeed(rpm)转速(转数/分)Power(shaftkW)功率(轴功率，千瓦)Nameplatedataappliesto

oneparticularoperatingpoint

铭牌数据适用于一特定的运行工作点50403020100Head,m压头,米10008006004002000Flowrate,m3/hrRated:715m3/hr,30m额定值：715米3/小时,30米Head-capacitycurve压头-流量能力特性曲线流量,米3/小时Anothercharacteristiccurveofinterestisthe

shaftpowerasafunctionofflowrate

其它典型特性曲线是当轴功率作为流量的一个函数的情况50403020100Head,m压头,米10008006004002000100806040200Shaftpower,kW轴功率,千瓦Headcurve压头特性曲线Shaftpowercurve轴功率特性曲线Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Pumpcurveshapesvary:

Headcurvesfortwopumpdesigns

泵特性曲线形状变化：两台泵的压头特性曲线50403020100Head,m压头,米10008006004002000Pump2泵2Pump1泵1Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Shaftpowercurvesforthetwopumps

两台泵的轴功率特性曲线100806040200Shaftpower,kW轴功率,千瓦10008006004002000Pump1泵1Pump2泵2Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Andfinally,efficiencycurvesforthetwopumps

最终,得到两台泵的效率特性曲线100806040200Efficiency,%效率,%10008006004002000Pump2泵2Pump1泵1Flowrate,m3/hr流量,米3/小时Nowwewillconnectapumptoasystem

现在我们可以将泵连接到系统当中Theintersectionbetweenthepumpandsystemheadcapacitycurvesdefinestheoperatingpoint

泵与系统压头能力特性曲线之间的交点确定了运行工作点5040302010