变频水泵性能分析

变频水泵性能分析

根据水泵流体力学原理可知：

1、流量与转速的一次方成正比，即Q1/Q2=N1/N2，Q：流量，N：转速；

2、压力与转速的二次方成正比，即H1/H2=(N1/N2)2，H：压力，N：转速；

3、功率与转速的三次方成正比，即：P1/P2=(N1/N2)3，P：功率，N：转速。

分析如下：

根据流体力学的相似原理，两种流动作到完全相似，必须满足几何相似、运动相似和动力相似。以相似原理为指导, 在风机、水泵、以及飞机制造行业，利用模型级进行新机种设计的方法也被广泛而有效地使用。

几何相似就是实际和模型级水泵相应几何尺寸之比等于常数，一般，选取水泵叶轮外径d2为水泵的特性尺寸，几何相似即可由公式(1)表示：

d2/ d20= sl=常数 (1)

式中:d2—实际叶轮外径，也是变频工况时实际叶轮外径，m;

d20—模型级叶轮外径，也是额定工况变频水泵叶轮外径，m;

sl—水泵几何比例因子;

对于一台变频水泵, 额定工况(下标为0的参数)水泵的叶轮外径d20和变频工况时的叶轮外径d2是相等的, 因此

sl=1 (2)

运动相似即实际和模型级水泵相应点的流体质点的牵连速度、相对速度和绝对速度组成的速度三角形相似，一般，选取水泵叶轮外径的圆周速度u2为水泵的特性速度，运动相似即可由公式(2)表示：

u2/ u20= sv=(n/ n0)× sl = 常数 (3)

式中:u2—实际叶轮外径圆周速度，也是变频工况时变频水泵叶轮外径圆周速度，m/s;

u20—模型级叶轮外径圆周速度，也是额定工况时变频水泵叶轮外径圆周速度，m/s;

sv—流体质点速度比例因在子，对于变频水泵有:

sv= n/ n0 (4)

n—实际叶轮转速，也是变频工况时变频水泵叶轮转速，rpm;

n0—模型级叶轮转速，也是变频水泵叶轮额定转速，rpm;

由公式(1)、(2)可以推导出水泵的流量关系式:

Q/Q0= sq=(n/ n0) × (sl)3 (5)

式中:q—实际水泵流量，也是变频工况时变频水泵流量，m3/s；

q0—模型级水泵流量，也是额定工况时变频水泵流量，m3/s；

sq—水泵流量比例因子。对于变频水泵有:

Q/Q0= sq=(n/ n0) =常数 (6)

动力相似即实际和模型级水泵相应点的流体质点受到的作用力相似，离心式水泵主要是通过叶轮向流体质点施加离心力做功，才将叶轮的机械能转变成流体质点的压力能，从离心机械原理可知，水泵的压头p和其特性点质点的特性速度表示的动能1/2ρu22成正比，动力相似即可由公式(7)表示:

p/ p0= sp=(n/ n0) 2× (sl)2=常数(7)

式中:p—实际水泵压头，也是变频工况时变频水泵压头，pa;

p0—模型级水泵压头，也是额定工况时变频水泵压头，pa;

sp—水泵压头比例因子。对于变频水泵有:

p/ p0= sp=(n/ n0) 2=常数(8)

由公式(5)和(7)可得出水泵功率的相似关系式(9):

N/ N0= sN=(n/ n0) 3* (sl)4=常数(9)

式中:N—实际水泵功率，也是变频工况时变频水泵功率，w;

N0—模型级水泵功率，也是额定工况时变频水泵功率，w;

sn—水泵功率比例因子。对于变频水泵有：

N/ N0= sN=(n/ n0) 3=常数(10)

从公式(6)、(7)、(9)可以看出，相似流动最大的特征是各种比例因子都为常数;也可看出三个相似条件表达式中都有几何比例因子sl，因此，几何相似是相似的先决条件，动力相似是从运动相似推导出来的，它们是相关的。