风机与泵的各种调节方式及其节能计算-节能培训材料

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1、节能培训材料：风机与泵的各种调节方式及其节能计算 节约能源是我国的一项基本国策。我国人均能源占有量，在全世界194个国家和地区中，大约排位在100另几位。人均能源十分缺乏。因此，节约能源是今后我国的长期战略任务。 我国电力工业所消耗的一次能源占有很大的比例，初步估计在35-40%左右。另一方面，我国的能源利用率不高，单位产值的能耗约为日本的8倍左右，是美国的5-6倍。因此，电能的节约在整个节能工作中，占有十分重要的地位。 风机、泵是通用的耗电量大的设备，它们被广泛用于国民经济的各个部门和生活设施的各个方面。它们数量多、分布广、总耗电量巨大，且有很大的节能潜力。目前我国使用的风机、泵，其本身效率

2、要比先进工业国家的效率低3-5%，而其运行效率低10-30%。因此，开展风机、泵的节电工作，有着十分深远的意义。第一部分：风机、泵调速的节能原理一、叶片式风机、泵（包括离心式、轴流式、混流式、旋流式的风机、泵）的相似性原理：（一）、风机与泵的工作原理： 叶片式风机与泵的工作原理，就是通过旋转叶轮上的叶片，将能量传递给流体。（二）、风机与泵的相似性原理： 1、同一台风机与泵的相似定律： Q1/Q2=n1/n2 ； H1/H2=(n1/n2)2 ，p1/p2=(n1/n2)2 ； P1/P2=(n1/n2)3 。 式中：P1、P2同一台叶片风机、泵在两种操作状况下的功率； H1、H2同一台叶片风机

3、、泵在两种操作状况下的扬程； p1、p2同一台叶片风机、泵在两种操作状况下的压力； Q1、Q2同一台叶片风机、泵在两种操作状况下的流量； n1、n2同一台叶片风机、泵在两种操作状况下的转速。 2、几何相似，但尺寸不同的两台叶片式风机、泵间的相似关系为： Q1/Q2=（D1/D2）3 ； H1/H2=(D1/D2)2 ，p1/p2=(D1/D2)2 ； P1/P2=(D1/D2)5 。 式中：D叶片式风机、泵的旋转叶轮外径，其余同上。二、叶片风机、泵的特性曲线： 描述叶片风机、泵额定及运行中的Q-H、Q-p、Q-、Q-P等关系的曲线。要分风机、泵的云性工况，进行节能计算，必须把握各种型号、规格的

4、风机、泵的特性曲线。（一）、通用风机、泵的特性曲线： 1、离心泵的特性曲线： 图1-1 典型泵类特性曲线 2、离心风机特性曲线： 图1-2 典型离心风机特性曲线 4、子午轴流风机入口导叶调节特性曲线：Q 图1-4 子午轴流风机入口导叶调节特性曲线 5、动叶可调轴流风机、泵特性曲线： 图1-5 典型动叶可调轴流式风机特性曲线（二）、风机、泵的无因次特性曲线 几何相似的叶片风机、泵，有相同的特性曲线，故用无因次特性曲线表达几何相似的同一系列的叶片式风机、水泵的特性： Q=Q（4D2u2）； p =p（u22）； P=P（4D22u23）。 式中：Q为流量系数； p 为全压系数； P为功率系数。 D

5、2风机、泵的叶轮直径m； u2流体的园周速度m/s。 图1-6 典型无因子特性曲线三、管路性能曲线几运行参数： 管路特性决定了风机、泵的操作状况。（一）、通用管路特性曲线： 管路特性曲线为p=p0+kQ2的抛物线。管路曲线与风机、泵特性曲线的交点，即是风机、泵的操作点。其操作点的工况也取决于管路的特性，因此，必须掌握管路特性曲线，才好分析工况，进行节能计算。 图1-7 风机、泵的管路性能曲线 风机、泵的出口静压p00时的管路性能曲线； 风机、的出口静压p0=0时的管路性能曲线；（二）、改变管路特性对风机、泵操作状况的影响： 图1-8 改变管路阻力特性曲线（三）、几种不同的风机、泵的组合的特性曲

6、线： 1、两台相同风机、泵并联运行： 图1-9 两台相同风机、泵并联性能曲线 2、两台性能不同风机、泵并联运行： 图1-10 两台性能不同风机、泵并联性能曲线 3、两台相同风机、泵串联运行： 图1-11 两台相同风机、泵串联性能曲线 4、两台不同性能风机、泵串联运行： 图1-12 两台不同性能风机、泵串联性能曲线 （四）、转速变化对运行参数的影响： 转速不同，风机、泵的特性曲线按:Q2/Q1n2/n1；p2/p1（n2/n1）2；P2/P1（n2/n1）3的关系变化。管路特性仍按p=p0+kQ2的关系变化。 图1-13 转速对运行参数的影响 高速时的Q-p特性曲线； 低速时的Q-p特性曲线；

7、管路特性曲线。第二部分：叶片式风机与泵的各种调节方式：一、 叶片式风机与泵的调节方式的种类：（一）、非变速调节： 1、节流调节； 2、分流调节； 3、离心式、轴流式风机前导叶调节； 4、混流式、轴流式风机、泵的动叶调节； 5、离心泵的汽蚀调节； 6、改变风机、泵运行台数调节。（二）、变速调节： 1、定速电机的变速调节： 1）、液力偶合器的变速调节（低效变速调节）； 2）、油膜转差离合器的变速调节（低效变速调节）； 3）、电磁转差离合器的变速调节（低效变速调节）； 2、交流电机的变速调节： 1）、调压调节（低效变速调节）； 2）、绕线式异步电动机转子串电阻调节（低效变速调节）； 3）、鼠笼式异步

8、电动机的变极调节（高效变速调节）； 4）、绕线式异步电动机的串极调速： （1）、机械串极（高效变速调节）； （2）、电机串极（高效变速调节）； （3）、晶闸管串极（高效变速调节）； 5）、鼠笼式异步电动机的变频调速（高效变速调节）； 6）、无换向器电动机（可控硅电动机）调速（高效变速调节）； 7）、直流电动机调速；汽轮机等原动机调速（高效变速调节）。二、几种非变速调节的各种方式简介：（一）、风机、水泵出口管路节流调节： 1、叶片式风机、泵出口管路节流调节： 离心式风机、泵出口节流调节，有效功的损失为： W=（H1H2）Q1； 离心式风机、泵出口节流调节，效率的损失为： （H1-H2）H1 。

9、图2-1 离心式风机、泵出口节流调节特性曲线 2、轴流式风机、泵的出口管路节流调节： 轴流风机、泵的Q-H曲线的特点是，随着流量的减小，其轴功率反而会增大。故轴流式风机、崩如国采用出口管路节流调节，不但很不经济，还有导致电动机过载的危险。不能采用这种调节方式。（二）、叶片式风机入口管路节流调节： 为防止汽蚀，叶片式泵，一般不进行入口节流调节。 图2-2 风机入口管路节流调节的Q-p特性曲线（三）、叶片式风机、泵的分流调节： 图2-3 叶片式风机、泵分流时特性曲线 风机、泵分流主要是为适应生产工艺的要求，目的是调节流量。 风机、泵分流能否节能，关键看Q1H11与Q2H22，谁大谁小，Q1H11大

10、，则节能，反之则浪费。（四）、叶片式风机入口导叶调节： 1、风机入口导叶调节原理： 由欧拉拉方程：Hth=1/g（U2C2uU1C1u） 式中：C1u、C2u分别为叶轮进、出口绝对速度的周向分量，m/s。 在其他条件不变的情况下，风机理论功德变化主要取决于C1u的变化，当C1u增加时，Hth减小；当C1u减小，甚至减小到C1u0，均使Hth增加。 风机、泵的入口导叶，除有部分节流作用外，改变入口导叶角度，改变了C1u，因而改变了风机与泵的性能。 2、离心式风机入口导叶调节： 图2-4 离心式风机入口导叶调节特性曲线 3、子无加速轴流风机入口静叶调节： 子无加速轴流风机入口静叶调节，其节能原理与

11、叶片式风机入口导流调节的原理基本相同。 4、叶片式泵，因汽蚀问题，一般不设置入口调节导叶。（五）、轴流式风机、泵的动叶调节： 1、风机动叶调节原理： 由轴流风机、泵的欧拉方程： Hth=U/g（Cu2Cu1） Cu1、Cu2分别为叶轮进、出口绝对速度的周向分量，m/s。 风机、泵的动叶调节，主要是改变了出口流体在园周方向上的分速度Cu2，因而改变了风机与泵的流量与压力。 2、轴流式风机、泵的动叶调节： 轴流式风机、泵的动叶调节角度对风机、泵性能的影响见下图由下图可以看到，采用动叶调节，具有以下特点：1） 、等效线与管网阻力线趋于平行，说明当负荷变化时，通风机、泵仍能保持高效，即高效范围广；2）

12、 、在最高效率区上、下都相当大的调节裕度；3） 、压力特性曲线相当陡，即管网压力变化时，流量变化小。4） 、动叶调节是一种节约能源、效益显著的、比较理想的调节方式。 图2-5 轴流风机、泵动叶调节特性曲线 图中：1、路特性曲线；2、最高负荷点；3、满负荷点；4、等效线。（六）、立式混流泵的动叶调节： 1、立式混流泵的动叶调节原理： 混流泵的特性是介于轴流泵与离心泵之间。由轴流泵、离心泵的欧拉方程分别为： Hth=U/g（Cu2Cu1） Hth=1/g（U2Cu2U1Cu1） Cu1、Cu2分别为叶轮进、出口绝对速度的周向分量，m/s。调节动叶角度，改变出口流体在园周方向的分速度Cu2,，即改变了混流泵性能。 2、立式混流泵的动叶调节对泵性能的影响： 图2-6 动叶调节的立式混流泵特性曲线（六）、各种非变速调节方式节能效果比较： 图2-7 风机各种非变速调节方式间耗电特性比较三、定速电机的变速调节：（一）、变速调节节能原理： 叶片式风机、泵变速调节节能原理，是依据相似原理，即风机、泵的轴功率比是转速比3次方。当风机、泵的转速（流量）下降20%时，风机、泵的效率，可以认为基本不变，但其轴功率下降1-（1-0.2）3=48