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水泵管道阻力计算与节能技术

时间:2016-04-20 09:30 来源:三昌泵业 点击:

        某中型化工公司(下称用户)在2008年新上循环冷却水系统,投入运行后,发现泵的扬程过高,导致出口阀门不能全开,否则电机超载。为了节约电费,该公司决定对该系统进行节能改造。经测算,将泵的扬程定为22米,流量在3000~3500m3/h。
水泵
        泵制造公司(下称泵厂)为保险起见,将泵的性能参数适当提高如下表(表1)所示:
流量
(m3/h)
扬程
(m)
转速
(r/min)
轴功率
(kW)
效率
(%)
电机功率
(kW)
备注
1800 33.3 980 242.2 67.4 280  
3000 26.6 263.3 82.7  
3375 23.3 263.7 81.2  
        配套电机如下表所示:
型号 额定功率
(kW)
额定电压
(V)
额定电流
(A)
备注
YKK4005-6 280 6000 33.5  
        泵机组运行到2016年,出口压力表的压力逐步升高到0.35 MPa,电机工作电流为31 A。用户发现流量不够了,希望流量增加300 m3/h,而电机不换。
        1、泵厂有技术人员认为本型泵的出口压力不可能达到0.35 MPa,也不能用核算电机输出功率的办法确认泵现在的流量。当然,这是错误的。下面逐项说明:
        1.1、按照表1的数据去判断,出口压力似乎是达不到0.35 MPa。但表1的转速是按照980 r/min的额定转速计算的,泵的实际转速与电机的工作转速相同。根据电机的转差率与输出功率的关系,此时的电机的转差率约为0.9254/100=(1000-n)/1000,电机的实际转速n=990.7 r/min。根据泵的性能与转速的关系,表1的数据将变为下表(表2)所示:
流量
(m3/h)
扬程
(m)
转速
(r/min)
轴功率
(kW)
效率
(%)
电机功率
(kW)
备注
1819.7 34.0 990.7 250.2 67.4 280  
3032.8 27.2 272.0 82.7  
3411.8 23.8 272.4 81.2  
       从上表可以看出,泵的实际扬程高于额定扬程。
       介质的比重也影响泵的出口压力:流量、扬程相同的泵,介质的比重越大,出口压力也越高。冷却水经多年的蒸发、浓缩后,矿物质含量高,比重已类似于海水。
       下面根据现场数据计算泵的实际扬程H:
泵的实际扬程计算公式
        查取泵的性能曲线,相对应的流量为1398.4 m3/h,相比较设计流量3000~3500m3/h已经太小。泵的叶轮、密封环等刚更换,所以泵的效率相比新泵降低不多。现按新泵效率55.3%计算泵的轴功率如下:
轴功率计算公式
        1.2、核算电机的输出功率如下:
核算电机的输出功率计算公式
        电机输出功率
        传递到泵的功率=P2传动效率=257.70.99=255.2 (kW),与上述计算的泵的轴功率253.2 kW非常接近,这说明上述对流量、扬程的计算是基本正确的。
        2、核算用户的要求能否满足
        2.1、泵的出口压力=泵出口中心与冷却塔循环水管出口的垂直高度差+kQ2。
        2.1.1、高度差按12米计算,管出
高度差按12米管出计算公式
        2.1.2、流量增加300 m3/h后,泵的出口压力=12+150.0355[(1398.4+300)/3600]2=45.4m,此
水泵的出口压力计算公式
        时泵的扬程
        2.2、要满足流量1698.4 m3/h,扬程46.5 m,不光电机要换,连泵也要换。
        3、总结本案例,可以得出下述结论:
        3.1、新管道阻力小,需要的泵扬程低,因而可以配较小功率的电机。但作这样配置后,将可能出现如本案例所述的情况:数年后泵的流量、扬程及电机的功率不能满足要求。
        3.2、“旧管道的阻力将较新管道成倍增加”。为了不至于过于频繁地更新泵机组,在确定泵的流量、扬程及电机的功率时,要考虑管道使用几年后阻力的成倍增加。
        3.4、为了兼顾节能,我们推荐下列方案:
        3.4.1、采用变频调整装置,新泵刚投运的前段时间,适当降低泵的转速,从而降低泵的扬程,达到节能的目的。随着管道阻力的增加,再逐步增大泵的转速以增加泵的扬程。这配置尤其适用于工况需要经常变动的泵机组。
        3.4.2、新泵采用较小直径的叶轮,待管道阻力增大后,再采用较大直径的泵叶轮。较小直径的泵叶轮不光扬程降低减小泵的轴功率,同时电机的输出功率在额定功率的75%时,电机的效率高,也进步降低了机组的能耗。

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