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水泵效率能耗影响因素的分析与提高方法

时间:2016-03-29 09:02 来源:三昌泵业 点击:

        水泵效率是指水泵的有效功率与轴功率之比的百分数,它标志着水泵能量转换的有效程度,是水泵的重要技术经济指标,用η表示。水泵铭牌上的效率是对应于通过设计流量时的效率,该效率为水泵的高效率。水泵的效率越高,表示水泵工作时的能量损失越小。
        水泵效率图解:
        水泵效率图解
        水泵由于长时间使用,运行效率会明显下降,主要有以下几个原因:
     、泵内能量损失的三大方面
  泵是种能量转换的机器,能量的转换过程必然伴随能量的损失,而效率就是这种转换的量度,怎样提高泵的效率,减少能量的损失呢?就必须弄清楚泵内能量的损失。泵内的能量损失主要包括以下三方面:
  1、机械损失
  主要是液体和叶轮前后盖板外表面及泵腔的摩擦损失(也叫圆盘损失)。
  圆盘损失所占比例较大,甚至达到占有效功率的30%。试验表明圆盘损失和转速的三次方成正比,和叶轮外径的五次方成正比。因此,叶轮外径越大,圆盘损失也越大。虽然圆盘损失和转速的三次方成正比,但在给定的扬程下,随之转速的提高,叶轮外径相应地减少(可以认为泵转速的提高倍,叶轮外径减少半),圆盘损失成五次方比例下降,所以,随着转速的提高,圆盘损失并不增加,反而下降,这是发展高速泵的原因之。
  2、容积损失
  叶轮的部分液体经叶轮密封环间隙泄露回到叶轮进口而得不到有效利用,形成损失。因此,密封环的间隙应是越小越好,但由于加工和装配等原因,过小的间隙可能形成偏磨或卡死,标准对各种类型的泵的间隙做了专门的规定。
  3、水力损失
  泵过流部分(从进口到出口)液体的流体必然有速度大小和方向改变引起的损失,这两部分就是水力损失。要减少这部分损失,除了提高过流部件的光洁度外,尽量选用秀的水力模型。
  二、泵效率公式解析
  什么叫泵的效率?公式如何?
  答:指泵的有效功率和轴功率之比。η=Pe/P 泵的功率通常指输入功率,即原动机传到泵轴上的功率,故又称轴功率,用P表示。
水泵效率公式
  有效功率即:泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。
  Pe=ρg QH (W) 或Pe=γQH/1000 (KW)
  ρ:泵输送液体的密度(kg/m3)
  γ:泵输送液体的重度 γ=ρg (N/ m3)
  g:重力加速度(m/s)
  质量流量 Qm=ρQ (t/h 或 kg/s)
水泵实测效率
  三、提高泵效率的般方法
  改进管路系统,减少阻力。管线长度应尽可能缩短和保持直线,降低流速以减少沿程水头损失;减少闸阀、底阀、弯头、孔板等部件的数量,以减少局部水头损失。降低水泵出水压力的富裕量,恰如其分地满足管路系统对出水压力的要求。
  泵是应用广的通用机械,又是耗电耗能大户,因而提高泵本身的效率和泵的使用效率对节约能源举足轻重。
  (1)提高泵本身的效率
  1、叶片向吸入口延伸并减薄,使液体提早受到叶片作用,可减小叶轮外径,也可以增加叶道内流线的长度,减少相对扩散;但延伸要适当,过于前伸会使入Et面积过小,使叶片入口与叶片盖板相交的壁角变小,反而加大水力摩擦损失,挤缩进口流道,对汽蚀和效率均不利。
  2、使相邻叶片间流道出口和进口面积之比控制在1.0~1.3范围内,以减小扩散损失。若该比值大于l.3,流道扩散严重,效率下降。
  3、流道的水力半径越大越好,尽可能使叶片进口截面接近正方形,以减少摩擦损失,由水力学知道,过水断面面积和湿周的比值叫做水力半径,即水力半径过水断面面积/湿周。湿周大,实际上就是液体与壁面的接触面积大,当把流道截面从近似正方形变为狭长矩形时,实质上就是让液体在狭长截面的间隙内流过,所以阻力必然大。
  4、由于弯曲扩散管水力损失较大,现在多数采用略带弯曲接近直线的扩散段。对反导叶来说,它的进口角和在圆周方向的位置,应结合液流在扩散段流出的情况而定,原则是形成连续的流道,避免反导叶流道入口截面过窄,否则在反导叶进口处会引起涡流和撞击损失。
  5、对多泵,叶轮进口加预旋(反导叶出口角小于90。),减小叶轮进口相对速度,同时减小相对速度扩散,当反导叶出口角选择小于90。时,水流进入叶轮之前就产生了预旋,即可。1≠0。
  6、由于反导叶出口角所造成的预旋对下叶轮的特性有较大影响,在设计时为了使理论扬程公式Ht—U2Vu2“lVul中的“1Vul项为零,反导叶的出口角似应选定90。,这对于末导叶来说可消除旋转分量。但实验证明,这对效率和获得稳定的性能曲线都不利,尤其对于些低比转速泵,为了获得下降的特性曲线,反导叶的出口角应选取小于90。,通常在60。~80。。叶片的两端要薄些,以免产生撞击和涡流损失。
叶片流道的截面
  7、增加叶轮出口宽度,减小叶轮出口对速度,从而减小压水室中的水力损失。
  8、斜切叶轮出口、减小前后流线的长度差或不同流线选取不同的叶片出口角,以便减小前后盖板流线压力差,从而减小出口的二次回流。
  9、增加压水室喉部面积,当原设计面积小时,可使流动不受阻塞。
  (2)减少机械和摩擦损失
  ①轴承、填料引起的机械摩擦损失般很小,对效率影响不大。填料密封的机械摩擦损失比机械密封大,若能采用机械密封贝4更好。
  ②提高叶轮、导叶流道表面的光洁度。若可能,好用手持砂轮等工具对流道表面进行打磨,这样,水力摩擦损失会明显减少。
  ③叶轮的前后盖板表面与液体产生的圆盘摩擦损失,与叶轮外径的5次方成正比。选取较大的叶片出口角可减小叶轮外径,从而减小圆盘摩擦损失。圆盘摩擦损失与表面粗糙度大有关系,叶轮盖板外壁应尽量光滑。适当减小叶轮盖板与导叶之间的问隙也可以降低圆盘摩擦损失。
  (3)减少泄漏
  适当缩小各部分间隙或加长密封问隙以及采用迷宫密封等,增加泄漏阻力,以减少容积损失。
  泵内的泄漏部位发生在叶轮与密封环处、多泵间、轴向力平衡装置等。
  (4)提高泵的使用效率
  改进管路系统,减少阻力。管线长度应尽可能缩短和保持直线,降低流速以减少沿程水头损失;减少闸阀、底阀、弯头、孔板等部件的数量,以减少局部水头损失。
  降低水泵出水压力的富裕量,恰如其分地满足管路系统对出水压力的要求。如果水泵压力的富裕量过大,水泵的出水压力高于系统需要的压力,这就势必要采取关小阀门等节流方法来降压,造成功率浪费。这时必须对水泵采取改造措施,可根据系统要求的压力拆除、二叶轮;若过剩压力不太大,可采取车削叶轮方法来减压,使系统(管路)装置中的水泵尽量工作在泵的佳效率点,避免在大流量或小流量下(效率较低点)工作。
  四、其他影响泵效率的因素及解决措施
  其他影响离心泵效率的几个因素
  1、泵本身效率是根本的影响。同样工作条件下的泵,效率可能相差15%以上。
  2、离心泵的运行工况低于泵的额定工况,泵效低,耗能高。
  3、电机效率在运用中基本保持不变。因此选择台高效率电机致关重要。
  4、机械效率的影响主要与设计及制造质量有关。泵选定后,后期管理影响较小。
  5、水力损失包括水力摩擦和局部阻力损失。泵运行定时间后,不可避免地造成叶轮及导叶等部件表面磨损,水力损失增大,水力效率降低。
  6、泵的容积损失又称泄漏损失,包括叶轮密封环、间、轴向力平衡机构三种泄漏损失。容积效率的高低不仅与设计制造有关,更与后期管理有关。泵连续运行定时间后,由于各部件之间摩擦,间隙增大,容积效率降低。
  7、由于过滤缸堵塞、管线进气等原因造成离心泵抽空及空转。
  8、泵启动前,员工不注重离心泵启动前的准备工作,暖泵、盘泵、灌注泵等基本操作规程执行不彻底,经常造成泵的气蚀现象,引起泵噪声大、振动大、泵效低。
  五、提高离心泵效率应采取的措施
  1、更换低效离心泵。更换时,选用与实际运行工况参数相接近的离心泵,保证了更换后的泵始终在高效状态下运行。更换低效、高耗离心泵后,可提高泵效10%左右。
  2、变频节能技术的应用。对设计参数大于实际运行工况的离心泵,加装变频调速装置后,始终运行在高效区。
  3、在主要离心泵上推广应用高效节能的永磁调速电机及双功率电机等新型节能产品。
  4、选用新泵时,应选大厂生产的泵,以保证离心泵高效率。
  5、离心泵的维护。
  (1)要经常对离心泵轴端密封进行检查和调整,降低容积损失;
  (2)当离心泵累计运行1万h后,应进行大修,恢复泵效;
  (3)在离心泵上推广应用波纹管密封技术,彻底消除离心泵外漏,提高容积效率。
  6、定期清理过滤缸,检查管线连接,保证离心泵进液管路畅通。
  7、严格按照离心泵操作规程,启泵前要进行盘泵,打开进口阀门,关闭出口阀门,进行排气放空,检查泵的进口压力是否符合要求。防止供液压力低和流量不足而引起泵的气蚀现象发生。
  8、定期对离心泵进行泵效检测,对泵效低的泵组,要及时查找原因,采取相应措施加以解决。
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