中核蘇閥,知名品牌。品質保證,控制流體,保障安全——為您的生產(chǎn)保駕護航

水泵系統(tǒng)與節(jié)能

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)設計和對現(xiàn)有系統(tǒng)進行優(yōu)化,可以實現(xiàn)20%甚至更多的能源費用節(jié)省,并且還指出了一些比較大卻常被忽略的節(jié)能機會。應用系統(tǒng)方法在對系統(tǒng)進行全面地測試分析基礎上,應用最合適的手段對泵系統(tǒng)進行優(yōu)化,可以達到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。

揚程:泵所輸送的單位重量的流體從進口到出口的能量水頭增值稱為揚程。揚程用符號H表示,其單位為m,習慣稱為米液柱高。

轉速:泵轉子每分鐘旋轉的圈數(shù)稱為轉速,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

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

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(渦殼或擴散體形);方位(立式或臥式)。

離心泵揚程和流量的關系:

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/低揚程;可靠性和能耗取決于泵的運行工況點。

銘牌數(shù)據(jù)應用到某一特定的運行點:

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)揚程由兩個基本部分組成:靜揚程和管道阻力揚程。暖通南社

靜壓頭起主導作用的系統(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)揚程為靜揚程(Hstat)和阻力揚程(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)中會導致阻力損失:

管壁;閥門;彎頭;三通;漸縮管/漸擴管;膨脹節(jié);容器進口/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西—威斯巴克方程基礎上的。

Hjf=摩擦導致的壓降;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)。

部件

部件K值

90°標準彎頭90°

0.2-03

90°長徑彎頭90°

<0.1

方邊進口(容器)

0.5

進入容器的出口

1

止回閥

2

閘閥(全開)

0.03-0.2

球形閥(全開)

3-8

蝶閥(全開)

0.5-2

球閥(全開)

0.04-0.1

工程上:

泵的運行工況點:

相似定律:

當轉速改變時性能參數(shù)的換算:

當密度改變時性能參數(shù)的換算:

Q=流量,H=揚程,N=功率,n=轉速,ρ=密度。

泵系統(tǒng)的設計和運行:

1.管道尺寸的選擇

選擇依據(jù):

整個泵和系統(tǒng)的安裝費用;

工藝要求的最低流速(例如,避免沉淀);

工藝要求的最小內徑(例如,固體輸送);

為了最小化管道和附件侵蝕的最大流速;

市場上可供選擇標準管徑。

管道尺寸減?。?/p>

管道以及附件的初投資降低;

泵和電機的初投資增加;

能源費用增加。

2.泵的選型

3.泵的聯(lián)合運行

并聯(lián)運行:

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)生的揚程與總揚程相等,即HA=HB。并聯(lián)后泵的總流量增加,但就每臺泵而言,流量比單獨運行時有所減少,即qB<qC。

串聯(lián)運行:

總流量與串聯(lián)工作的每臺泵的流量相等,即qA=qB。

總揚程為串聯(lián)工作時每臺泵揚程之和,即HA=2HB。

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

管路性能曲線越陡峭,串聯(lián)后揚程增加越明顯。

4.系統(tǒng)流量的控制方法

節(jié)流控制:

旁通控制:

泵轉速控制:

5.泵系統(tǒng)運行常見問題

泵系統(tǒng)優(yōu)化的機會和措施:

傳統(tǒng)的泵系統(tǒng):

泵系統(tǒng)優(yōu)化的最終目標:

對于泵系統(tǒng)而言,電機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)化設計管路系統(tǒng)

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

與泵相關的管道配置問題:

管道配置優(yōu)化原則:

在泵的上游建立均勻的流場分布,在泵的進口處應當采取直管段。

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

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。

泵選型過大的改進措施:

葉輪調整;應用變速驅動;利用小型泵加強大型泵的使用效能。

3.多泵配置

優(yōu)點:運行靈活;可靠性高;維護保養(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。

4.大小泵配置

適用場合:泵間歇運行;在高負載期間高流動噪音、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)設備內的流量過大;

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;

泵遠離其設計點運行。

切削原理:

Q =流量;H = 揚程;

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

葉輪調整對泵性能的影響:

葉輪切削的優(yōu)點和限制:

優(yōu)點

限制

節(jié)能;降低管道系統(tǒng)、閥門和支架的磨損;降低運行和維護保養(yǎng)成本。

效率下降;葉輪直徑很少降低到低于原始尺寸的70%;產(chǎn)生氣蝕的可能性增加。

5.應用變速驅動

適用范圍:

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

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;

泵遠離其設計點運行。

不同控制方式比較:

當泵速度變化時,相似定律保持的非常好!

假設:全阻力系統(tǒng)、全靜揚程系統(tǒng)和混合系統(tǒng)在100%轉速時處于同一工作點。如果該三種系統(tǒng)降低泵轉速會發(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)流量達到400m3/h,速度被降低到原來的86.5%。

靜壓頭(m)

m3/hr

轉速 (%)

kW

m3/kwh

kwh/m3

0

800

100

79.5

10.1

0.099

0

400

50.0

10.4

38.5

0.026

20

800

100

79.5

10.1

0.099

20

400

78.5

34.6

11.6

0.087

27.5

800

100

79.5

10.1

0.099

27.5

400

86.5

44.7

8.9

0.112

注:800m3/h流量的功率值假設電機被直接驅動(ASD被旁通)。

泵系統(tǒng)的評估和經(jīng)濟性:

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)濟性。

典型的系統(tǒng)分析方法:

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

了解系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)和參數(shù);

收集系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)并對其進行分析;

提出替代的系統(tǒng)設計方案和改進;

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

對確定的方案進行實施;

繼續(xù)檢測和優(yōu)化系統(tǒng);

繼續(xù)運行并維護系統(tǒng),保證系統(tǒng)高效運行。

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:泵低效運行;氣蝕;內部回流;不良的流量控制;頻繁的維護保養(yǎng)。

3)系統(tǒng)改進階段。

2.評估系統(tǒng)的選擇

根據(jù)設備規(guī)格和運行時間進行篩選。

根據(jù)負載類型進行篩選。

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)使用常開旁通管進行流量控制或進行泵的最小流量保護;

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

運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)診斷設備:

變速驅動問題:

變速驅動被使用于系統(tǒng)揚程的大部分是靜壓頭的系統(tǒng)當中。

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

4.泵系統(tǒng)經(jīng)濟性

電費的計算方法:

銘牌數(shù)據(jù):

假設:電機驅動效率為95%,這對于泵電機大于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,或者采取更小型電機,那么電機效率應當為80%。

直接測量:測量電流和電壓,直接測量功率。

應用泵性能曲線: