水泵系统节能培训

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1、泵系统节能培训,培训内容,概述 泵系统的基础知识 泵系统的设计和运行 泵系统的优化的机会和措施 泵系统评估和经济性,一、概述,泵的应用 泵系统的组成 泵系统的能源利用现状,1.泵的应用,工业领域：泵系统耗电占工业系统能耗20%以上。 商业领域：供热、通风、空调（HVAC）。 市政领域：自来水和污水的输送。,据统计：泵系统耗电量约占到全世界发电量的20%和工业系统用电量的25-50%。在我国，泵的用电量约占全国用电量的20.9%。,不同的流体系统所泵送的流体可用于不同的使用场合,泵送流体支持另一种产品 散热或供热 产生动力 泵送的流体本身就是产品 油输送 自来水,2.泵系统的组成,A 泵 B 液

2、位指示 C 水池 D 电机 E 电机控制器 F 节流阀 G 旁通阀 H 热交换器 （终端设备） I 仪表线 J 泵出口管 K 泵入口管,泵系统节能潜力,在美国，泵系统耗电量要占到其工业用电量的25%左右。根据美国能源部进行的“电机系统市场机会评估”结果，泵系统是美国工业系统能效提高存在机会最大的领域，大量案例显示：通过较好的系统设计和对现有系统进行优化，可以实现20%甚至更多的能源费用节省，并且还指出了一些比较大却常被忽略的节能机会。 在我国，泵的用电量约占全国用电量的20.9%。调查显示：和国外相比，我国没有改造的泵类产品效率平均比国外低3-5%，而整个系统的效率同比低20%左右，具有非常大

3、的节能潜力。国内大量研究和成功案例表明：应用系统方法在对系统进行全面地测试分析基础上，应用最合适的手段对泵系统进行优化，可以达到30-50%的节能效果。,二、泵系统基础知识,泵的分类 泵的主要性能参数 容积泵 离心泵 系统曲线和泵的运行工况点 相似定律,1.泵的分类,离心泵和容积泵的区别,容积式泵 27%,离心式泵 73%,离心泵是我们关注的重点！,离心泵是一种要连续添加能量的泵 容积泵是周期性把能量增加给一定量水的泵,2.泵的主要性能参数,流量,扬程,单位时间内泵所输送的流体量称为流量。流量用符号Q表示，其单位常用m3/h，m3/min和m3/s。,泵所输送的单位重量的流体从进口到出口的能量

4、水头增值称为扬程。扬程用符号H表示，其单位为m,习惯称为米液柱高。,泵转子每分钟旋转的圈数称为转速，以n表示，单位为r/min。,转速,功率,效率,输入功率：又称轴功率，是指原动机传递给泵轴上的功率，以P表示，单位为kW。 输出功率：又称有效功率或水功率，是指被泵输送流体获得的功率。,泵的输入功率不可能全部传递给被输送的流体，其中必有一部分能量损失。被输送的流体实际得到的功率与泵的输入功率的比值称为泵的效率，以符号表示。,功率,效率,输入功率：又称轴功率，是指原动机传递给泵轴上的功率，以P表示，单位为kW。 输出功率：又称有效功率或水功率，是指被泵输送流体获得的功率。,泵的输入功率不可能全部传

5、递给被输送的流体，其中必有一部分能量损失。被输送的流体实际得到的功率与泵的输入功率的比值称为泵的效率，以符号表示。,功率,效率,输入功率：又称轴功率，是指原动机传递给泵轴上的功率，以P表示，单位为kW。 输出功率：又称有效功率或水功率，是指被泵输送流体获得的功率。,泵的输入功率不可能全部传递给被输送的流体，其中必有一部分能量损失。被输送的流体实际得到的功率与泵的输入功率的比值称为泵的效率，以符号表示。,气蚀余量,有效汽蚀余量 (NPSHA),泵的汽蚀余量是指单位重量的液体从泵吸入口流至叶轮进口压力最低处的压力降低量，国外称为净正吸入压头 (NPSH)。,有效汽蚀余量 (NPSHA)指泵吸入口处

6、单位重量的液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富裕能量,它是系统和流量的函数。,必需汽蚀余量（NPSHR）是指单位重量的液体从泵吸入口流至叶轮叶片进口压力最低处的压力降落量，它是泵及流量的函数。,必需汽蚀余量（NPSHR）,有效汽蚀余量 (NPSHA)大于必需汽蚀余量（NPSHR），泵才不会出现汽蚀现象。,3.容积泵,应用场合：,高压力/低流量应用工况场合 高粘性流体介质应用工况场合 精确控制流量的应用工况场合,4.离心泵,离心泵分类,叶片形状（径流式，混合式，轴流式） 叶片侧壁（全开、半开、封闭） 吸入类型（单吸或双吸） 级数（单极或多极） 收集器（涡壳或扩散体形） 方位（立式或卧式）,20,径流

7、泵,混流泵,轴流泵,离心泵扬程和流量的关系,泵增加了压力（能量）到流体上 泵输送:高压力/低流量或者高流量/低扬程 可靠性和能耗取决于泵的运行工况点。,50,40,30,20,10,0,扬程, m,1000,800,600,400,200,0,流量, m3/h,铭牌数据应用到某一特定的运行点,扬程-流量曲线,50,40,30,20,10,0,扬程, m,1000,800,600,400,200,0,流量, m3/h,100,80,60,40,20,0,轴功率, kW,离心泵功率流量曲线,压头曲线,轴功率曲线,50,40,30,20,10,0,扬程, m,1000,800,600,400,200

8、,0,流量, m3/h,不同的泵具有不同等性能曲线,100,80,60,40,20,0,轴功率, kW,1000,800,600,400,200,0,流量, m3/h,不同的泵具有不同的轴功率曲线,泵 1,泵 2,100,80,60,40,20,0,效率, %,1000,800,600,400,200,0,流量, m3/h,泵2,泵1,不同的泵具有不同的轴功率曲线,扬程 (ft),流量(GPM),效率（%）,性能曲线,效率曲线,5.系统的性能曲线,主要是静压头,全部是摩擦阻力压头,两种系统类型,泵要克服的系统扬程由两个基本部分组成：静扬程和管道阻力扬程。,30,25,20,15,10,5,0,

9、扬程, m,1000,800,600,400,200,0,流量, m3/h,管道阻力压头,全扬程,静扬程/ 固定不变,应用实例,静压头起主导作用的系统包括： 冷却塔泵系统 污水处理装置的注水泵系统 大部分/全部为摩擦阻力的系统包括： 封闭的循环冷却水系统 废水处理厂的污水泵系统,泵要克服的系统扬程为静扬程（Hstat）和阻力扬程（Hj两者之和。,首先让我们了解一下只具有静水头（无摩擦阻力）的系统类似于从一个储水池泵送到另一个储水池的系统。,系统静扬程,p静压（绝对压力） （Pa） 流体密度 （kg/m3） g重力加速度 (9.81m/s2) h液位差 (m),静压头不随流量变化三个静压头曲线,

10、30,25,20,15,10,5,0,扬程, m,1000,800,600,400,200,0,流量, m3/h,由于水功率与流量成正比，所以理想状态下功率随流量线性增加。,70,60,50,40,30,20,10,0,流体功率, kW,1000,800,600,400,200,0,15 m,20 m,25 m,流量, m3/h,但实际情况如何呢？,在现实世界中，摩擦阻力总是存在的（流体之间及流体和管壁之间） 那么，实际的摩擦阻力与伯努利方程到底偏离多少呢？,在实际系统中，有时多，有时少。,考虑到摩擦阻力，对伯努利方程作如下修改：,1,2,+ + Z1 =,+ + Z2,由于摩擦阻力损失，点2

11、的水利能量比点1低，因此我们在方程的右侧增加一项。,+ hf,管道系统中哪些地方会导致阻力损失呢？,管壁 阀门 弯头 三通 渐缩管/渐扩管 膨胀节 容器进口/出口 (换句话说，几乎泵送流体经过的每个地方都存在截流损失，流体本身也存在摩擦损失） （,系统阻力扬程,Hj 整个系统阻力损失 Hjf管道沿程阻力损失 Hjs局部阻力损失,管道阻力损失的计算通常是建立在达西威斯巴克方程基础上的,该方程对于了解哪些参数影响管道阻力损失是非常有用的。,Hjf = 摩擦导致的压降 = 摩擦系数 L = 管道长度 d = 管道直径 = 流量压头,Hjf = ,V2,2g,V2,2g,摩擦系数代表许多影响因素,摩擦

12、系数受以下因素影响：,管道粗糙度 流体黏度 管道尺寸 流体速度,Hjf = ,V2,2g,管道部件阻力损失主要也是建立在实验数据基础上的,对于管道部件，摩擦阻力主要取决于速度压头,Hjs = K ,K = 损失系数 = 速度压头,K是尺寸的函数，对于阀门，还是阀门类型，阀门开度的函数。,各种管道部件的一些典型K值,部件 部件K值 90标准弯头 90 0.2 - 0.3 90长径弯头 90 0.1 - 0.3 方边进口（容器） 0.5 进入容器的出口 1 止回阀 2 闸阀（全开） 0.03 - 0.2 球形阀（全开） 3 - 8 蝶阀（全开） 0.5 - 2 球阀（全开） 0.04 - 0.1,

13、工程上：,6.泵的运行工况点,离心泵,容积泵,流 量,扬程,静扬程,系统曲线,泵性能曲线,工作点,流 量,扬程,静扬程,系统曲线,泵性能曲线,工作点,7.相似定律,当转速改变时性能参数的换算,当密度改变时性能参数的换算,Q流量 H扬程 N功率 n转速 密度,四、泵系统的设计和运行,管道尺寸的选择 泵的选型 泵的联合运行 系统流量的控制方法 泵系统运行的常见问题,1.管道尺寸的选择,整个泵和系统的安装费用 工艺要求的最低流速（例如，避免沉淀） 工艺要求的最小内径（例如，固体输送） 为了最小化管道和附件侵蚀的最大流速 市场上可供选择标准管径,选择依据：,管道以及附件的初投资降低；,管道尺寸减小：,

14、管道以及附件的初投资降低；,泵和电机的初投资增加；,管道尺寸对泵系统生命周期费用影响示意图,能源费用增加。,2.泵的选型,多级动力式泵,双吸单级泵,单吸单级泵,混流泵,轴流泵,流量 (m3/h),扬程 (m),单通道、径向叶片或漩涡泵,压头 (ft),流量(GPM),流量(GPM),等效率线,压头/流量曲线,压头 (ft),叶轮规格,7”,6”,5”,4”,8”,3.泵的联合运行,并联运行,两台泵并联时总流量为每台泵流量之和，即qA2qB，每台泵产生的扬程与总扬程相等，即HA=HB。并联后泵的总流量增加，但就每台泵而言，流量比单独运行时有所减少，即qBqC。,串联运行,总流量与串联工作的每台泵

15、的流量相等，即qA=qB。 总扬程为串联工作时每台泵扬程之和，即HA=2HB。 与一台泵单独在该系统中运行比较，串连后总扬程和总流量都增加了，而每台泵串联运行时的扬程比它单独运行时降低了。串联台数越多，每台泵与它单独运行时相比，扬程下降也越多。 管路性能曲线越陡峭，串联后扬程增加越明显。,4.系统流量的控制方法,节流阀控制 旁通控制 泵转速控制 泵运行台数控制,节流控制,旁通控制,泵转速控制,5.泵系统运行常见问题,系统问题,泄漏 阀门问题 管道支架,离心泵问题,气蚀及内部回流 密封和盘根问题 泵轴偏差,泵的密封方法,四、泵系统优化的机会和措施,优化系统管路配置 泵选型过大 多泵配置 大小泵配