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泵系統(tǒng)耗電量約占到全世界發(fā)電量的20%和工業(yè)系統(tǒng)用電量的25-50%。不同的流體系統(tǒng)所泵送的流體可用于不同的使用場合。

泵系統(tǒng)的組成：

大量案例顯示：通過較好的系統(tǒng)設(shè)計和對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可以實現(xiàn)20%甚至更多的能源費(fèi)用節(jié)省，并且還指出了一些比較大卻常被忽略的節(jié)能機(jī)會。應(yīng)用系統(tǒng)方法在對系統(tǒng)進(jìn)行全面地測試分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用最合適的手段對泵系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可以達(dá)到30-50%的節(jié)能效果。

泵的分類：

離心泵和容積泵的區(qū)別：

離心泵是一種要連續(xù)添加能量的泵；容積泵是周期性把能量增加給一定量水的泵。市場上離心泵占有率約70%。

泵的主要性能參數(shù)：

流量：單位時間內(nèi)泵所輸送的流體量稱為流量。流量用符號Q表示，其單位常用m3/h，m3/min和m3/s。

揚(yáng)程：泵所輸送的單位重量的流體從進(jìn)口到出口的能量水頭增值稱為揚(yáng)程。揚(yáng)程用符號H表示，其單位為m，習(xí)慣稱為米液柱高。

轉(zhuǎn)速：泵轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)稱為轉(zhuǎn)速，以n表示，單位為r/min。

功率：

輸入功率：又稱軸功率，是指原動機(jī)傳遞給泵軸上的功率，以P表示，單位為kW。

輸出功率：又稱有效功率或水功率，是指被泵輸送流體獲得的功率。

效率：

泵的輸入功率不可能全部傳遞給被輸送的流體，其中必有一部分能量損失。被輸送的流體實際得到的功率與泵的輸入功率的比值稱為泵的效率，以符號η表示。

氣蝕余量：泵的汽蝕余量是指單位重量的液體從泵吸入口流至葉輪進(jìn)口壓力最低處的壓力降低量，國外稱為凈正吸入壓頭(NPSH)。

有效汽蝕余量 (NPSHA)：有效汽蝕余量 (NPSHA)指泵吸入口處單位重量的液體所具有的超過飽和蒸汽壓力的富裕能量,它是系統(tǒng)和流量的函數(shù)。

必需汽蝕余量（NPSHR）：必需汽蝕余量（NPSHR）是指單位重量的液體從泵吸入口流至葉輪葉片進(jìn)口壓力最低處的壓力降落量，它是泵及流量的函數(shù)。

有效汽蝕余量 (NPSHA)大于必需汽蝕余量（NPSHR），泵才不會出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。

容積泵應(yīng)用場合：高壓力/低流量應(yīng)用工況場合；高粘性流體介質(zhì)應(yīng)用工況場合；精確控制流量的應(yīng)用工況場合。

離心泵分類：葉片形狀（徑流式，混合式，軸流式）；葉片側(cè)壁（全開、半開、封閉）；吸入類型（單吸或雙吸）；級數(shù)（單極或多極）；收集器（渦殼或擴(kuò)散體形）；方位（立式或臥式）。

離心泵揚(yáng)程和流量的關(guān)系：

泵增加了壓力（能量）到流體上；泵輸送：高壓力/低流量或者高流量/低揚(yáng)程；可靠性和能耗取決于泵的運(yùn)行工況點(diǎn)。

銘牌數(shù)據(jù)應(yīng)用到某一特定的運(yùn)行點(diǎn)：

離心泵功率-流量曲線：

不同的泵具有不同等性能曲線：

不同的泵具有不同的軸功率曲線：

不同的泵具有不同的軸功率曲線：

系統(tǒng)的性能曲線：

泵要克服的系統(tǒng)揚(yáng)程由兩個基本部分組成：靜揚(yáng)程和管道阻力揚(yáng)程。暖通南社

靜壓頭起主導(dǎo)作用的系統(tǒng)包括：冷卻塔泵系統(tǒng)；污水處理裝置的注水泵系統(tǒng)。

大部分/全部為摩擦阻力的系統(tǒng)包括：封閉的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；廢水處理廠的污水泵系統(tǒng)。

泵要克服的系統(tǒng)揚(yáng)程為靜揚(yáng)程（Hstat）和阻力揚(yáng)程（Hj兩者之和）。

首先讓我們了解一下只具有靜水頭（無摩擦阻力）的系統(tǒng)——類似于從一個儲水池泵送到另一個儲水池的系統(tǒng)。

系統(tǒng)靜揚(yáng)程：

p＝靜壓（絕對壓力）（Pa）；ρ＝流體密度（kg/m3）；

g＝重力加速度 (9.81m/s2)；h＝液位差 (m)。

靜壓頭不隨流量變化——三個靜壓頭曲線。

由于水功率與流量成正比，所以理想狀態(tài)下功率隨流量線性增加。

但實際情況如何呢？

在現(xiàn)實世界中，摩擦阻力總是存在的（流體之間及流體和管壁之間）。

那么，實際的摩擦阻力與伯努利方程到底偏離多少呢？

在實際系統(tǒng)中，有時多，有時少。

考慮到摩擦阻力，對伯努利方程作如下修改：

管道系統(tǒng)中會導(dǎo)致阻力損失：

管壁；閥門；彎頭；三通；漸縮管/漸擴(kuò)管；膨脹節(jié)；容器進(jìn)口/出口。

換句話說，幾乎泵送流體經(jīng)過的每個地方都存在截流損失，流體本身也存在摩擦損失。

系統(tǒng)阻力揚(yáng)程：

Hj＝整個系統(tǒng)阻力損失；Hjf＝管道沿程阻力損失；Hjs＝局部阻力損失。

管道阻力損失的計算通常是建立在達(dá)西—威斯巴克方程基礎(chǔ)上的。

Hjf=摩擦導(dǎo)致的壓降；λ=摩擦系數(shù)；L= 管道長度；d=管道直徑；V2/2g=流量壓頭。

該方程對于了解哪些參數(shù)影響管道阻力損失是非常有用的。

摩擦系數(shù)代表許多影響因素：

摩擦系數(shù)受以下因素影響：管道粗糙度；流體黏度；管道尺寸；流體速度。

管道部件阻力損失主要也是建立在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的；對于管道部件，摩擦阻力主要取決于速度壓頭。

K=損失系數(shù)；V2/2=速度壓頭；

K是尺寸的函數(shù)，對于閥門，還是閥門類型，閥門開度的函數(shù)。

工程上：

泵的運(yùn)行工況點(diǎn)：

相似定律：

當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時性能參數(shù)的換算：

當(dāng)密度改變時性能參數(shù)的換算：

Q＝流量，H＝揚(yáng)程，N＝功率，n＝轉(zhuǎn)速，ρ＝密度。

泵系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行：

1.管道尺寸的選擇

選擇依據(jù)：

整個泵和系統(tǒng)的安裝費(fèi)用；

工藝要求的最低流速（例如，避免沉淀）；

工藝要求的最小內(nèi)徑（例如，固體輸送）；

為了最小化管道和附件侵蝕的最大流速；

市場上可供選擇標(biāo)準(zhǔn)管徑。

管道尺寸減?。?/p>

管道以及附件的初投資降低；

泵和電機(jī)的初投資增加；

能源費(fèi)用增加。

2.泵的選型

3.泵的聯(lián)合運(yùn)行

并聯(lián)運(yùn)行：

兩臺泵并聯(lián)時總流量為每臺泵流量之和，即qA＝2qB，每臺泵產(chǎn)生的揚(yáng)程與總揚(yáng)程相等，即HA=HB。并聯(lián)后泵的總流量增加，但就每臺泵而言，流量比單獨(dú)運(yùn)行時有所減少，即qB＜qC。

串聯(lián)運(yùn)行：

總流量與串聯(lián)工作的每臺泵的流量相等，即qA=qB。

總揚(yáng)程為串聯(lián)工作時每臺泵揚(yáng)程之和，即HA=2HB。

與一臺泵單獨(dú)在該系統(tǒng)中運(yùn)行比較，串連后總揚(yáng)程和總流量都增加了，而每臺泵串聯(lián)運(yùn)行時的揚(yáng)程比它單獨(dú)運(yùn)行時降低了。串聯(lián)臺數(shù)越多，每臺泵與它單獨(dú)運(yùn)行時相比，揚(yáng)程下降也越多。

管路性能曲線越陡峭，串聯(lián)后揚(yáng)程增加越明顯。

4.系統(tǒng)流量的控制方法

節(jié)流控制：

旁通控制：

泵轉(zhuǎn)速控制：

5.泵系統(tǒng)運(yùn)行常見問題

泵系統(tǒng)優(yōu)化的機(jī)會和措施：

傳統(tǒng)的泵系統(tǒng)：

泵系統(tǒng)優(yōu)化的最終目標(biāo)：

對于泵系統(tǒng)而言，電機(jī)是非常小的影響因素。

尋找泵系統(tǒng)節(jié)能的有效方法：

1.優(yōu)化系統(tǒng)管路配置

優(yōu)化設(shè)計管路系統(tǒng)

30m長新管每年的摩擦阻力費(fèi)用（電價0.83元/kWh,聯(lián)合效率70%）。

與泵相關(guān)的管道配置問題：

管道配置優(yōu)化原則：

在泵的上游建立均勻的流場分布，在泵的進(jìn)口處應(yīng)當(dāng)采取直管段。

建議入口流速不超過1.5m/s，最大限度減小泵進(jìn)口側(cè)壓頭損失以降低產(chǎn)生氣蝕的風(fēng)險。

2.泵選型過大

泵選型過大的表現(xiàn)：

流動噪音過大；閥門過度節(jié)流；旁通管線流量過大；頻繁的軸承和密封維護(hù)。

泵選型過大的改進(jìn)措施：

葉輪調(diào)整；應(yīng)用變速驅(qū)動；利用小型泵加強(qiáng)大型泵的使用效能。

3.多泵配置

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行靈活；可靠性高；維護(hù)保養(yǎng)成本降低；效率高。

增加一臺泵的效果取決于系統(tǒng)的性質(zhì)。

4.大小泵配置

適用場合：泵間歇運(yùn)行；在高負(fù)載期間高流動噪音、氣蝕及管道系統(tǒng)的振動現(xiàn)象消失了。

5.葉輪切削

適用范圍：

系統(tǒng)的大多數(shù)旁通閥打開，表明系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)的流量過大；

系統(tǒng)需要過分節(jié)流來控制流到系統(tǒng)或工藝的流量；

存在高噪音或者振動等級表明流量過大；

泵遠(yuǎn)離其設(shè)計點(diǎn)運(yùn)行。

切削原理：

Q =流量；H = 揚(yáng)程；

BHP =電機(jī)功率（下標(biāo)1 = 原始泵，下標(biāo)2 =經(jīng)過葉輪切削后的泵）；D = 直徑。

葉輪調(diào)整對泵性能的影響：

葉輪切削的優(yōu)點(diǎn)和限制：

5.應(yīng)用變速驅(qū)動

適用范圍：

系統(tǒng)的大多數(shù)旁通閥打開，表明系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)的流量過大；

系統(tǒng)需要過分節(jié)流來控制流到系統(tǒng)或工藝的流量；

存在高噪音或者振動等級表明流量過大；

泵遠(yuǎn)離其設(shè)計點(diǎn)運(yùn)行。

不同控制方式比較：

當(dāng)泵速度變化時，相似定律保持的非常好！

假設(shè)：全阻力系統(tǒng)、全靜揚(yáng)程系統(tǒng)和混合系統(tǒng)在100%轉(zhuǎn)速時處于同一工作點(diǎn)。如果該三種系統(tǒng)降低泵轉(zhuǎn)速會發(fā)生什么？

對于全摩擦阻力系統(tǒng)，改變速度泵效率不變。

在帶有靜壓頭的系統(tǒng)中，隨著速度變化泵效率也變化。

對于只有靜壓頭的系統(tǒng)，效果更具有戲劇性。

如果系統(tǒng)的實際流量需求為400 m3/h（原流量需求的一半），那么……

為了使全摩擦阻力的系統(tǒng)產(chǎn)生400m3/h的流量，速度被降低到原來的50%。

為了使固定靜壓頭/摩擦阻力的系統(tǒng)流量達(dá)到400m3/h 速度被降低到原來的78.5%。

為了使全靜壓頭的系統(tǒng)流量達(dá)到400m3/h，速度被降低到原來的86.5%。

注：800m3/h流量的功率值假設(shè)電機(jī)被直接驅(qū)動（ASD被旁通）。

泵系統(tǒng)的評估和經(jīng)濟(jì)性：

最佳評估時間的選擇；評估系統(tǒng)的選擇；泵系統(tǒng)的評估方法；泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

典型的系統(tǒng)分析方法：

分析當(dāng)前的工藝生產(chǎn)需求以及未來的生產(chǎn)發(fā)展需求；

了解系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)；

收集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析；

提出替代的系統(tǒng)設(shè)計方案和改進(jìn)；

對潛在的節(jié)能方案進(jìn)行比較，確定技術(shù)上最可行、投資回報最合理的方案；

對確定的方案進(jìn)行實施；

繼續(xù)檢測和優(yōu)化系統(tǒng)；

繼續(xù)運(yùn)行并維護(hù)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行。

1.最佳評估時間的選擇

1）泵的最初選型階段。

2）發(fā)現(xiàn)并解決問題階段：泵低效運(yùn)行；氣蝕；內(nèi)部回流；不良的流量控制；頻繁的維護(hù)保養(yǎng)。

3）系統(tǒng)改進(jìn)階段。

2.評估系統(tǒng)的選擇

根據(jù)設(shè)備規(guī)格和運(yùn)行時間進(jìn)行篩選。

根據(jù)負(fù)載類型進(jìn)行篩選。

3.泵系統(tǒng)評估方法

故障征兆法：

系統(tǒng)帶有節(jié)流流量控制，特別帶有顯著的節(jié)流閥；

系統(tǒng)使用常開旁通管進(jìn)行流量控制或進(jìn)行泵的最小流量保護(hù)；

系統(tǒng)帶有多泵并聯(lián)配置，并且泵的運(yùn)行數(shù)量很少改變；

運(yùn)行操作的周期性或循環(huán)啟動/停止模式下的系統(tǒng)，泵的循環(huán)非常頻繁；

在泵或系統(tǒng)（諸如節(jié)流閥）當(dāng)中存在顯著的氣蝕噪音。氣蝕，在低等級時所產(chǎn)生的噪音如同碎石被泵送通過系統(tǒng)。而在高等級氣蝕時所產(chǎn)生的噪音如同刺耳的吼叫，對其周圍人們的聽覺是非常有害的。

數(shù)據(jù)采集和分析：

查找供需之間的不平衡。

尋找選型不合理的泵：

系統(tǒng)診斷設(shè)備：

變速驅(qū)動問題：

變速驅(qū)動被使用于系統(tǒng)揚(yáng)程的大部分是靜壓頭的系統(tǒng)當(dāng)中。

已經(jīng)利用變速驅(qū)動改進(jìn)的系統(tǒng)，但是還安裝有高壓降控閥門。

4.泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性

電費(fèi)的計算方法：

銘牌數(shù)據(jù)：

假設(shè)：電機(jī)驅(qū)動效率為95%，這對于泵電機(jī)大于50hp而言是比較合理的。如果泵采用經(jīng)過多次重繞的舊電機(jī)，或者采取更小型電機(jī)，那么電機(jī)效率應(yīng)當(dāng)為80%。

直接測量：測量電流和電壓，直接測量功率。

應(yīng)用泵性能曲線：