1 泵与风机的运行节能

泵与风机的运行节能

韩成浩(吉林建筑工程学院) 郭　滨

(吉林职业师范学院)

泵与风机均属流体机械,是把机械能转变为流体(液体、气体)的势能和动能的一种动力设备,在企业中耗电量十分大,有的企业中可达全部用电量的70%～80%。因此,提高泵与风机的效率,降低泵与风机的耗电量,是企业节约电能的关键之一。目前泵与风机在运行中尚存在不少问题,对企业的安全与经济运行是很不利的。如:有的设备陈旧,效率低,仍使用JO 2型异步电动机,需要改造;有的在设备选择时余量过大,长期处在低效率运行;有的调节方法只求简便,忽视对运行经济性的影响等,所以,研究泵与风机的安全供电,在运行中发挥其最大效能,尽可能提高它的效率,使泵与风机得到既安全又经济合理地使用是节约电能的重要途径。

本文仅从泵与风机的运行节约电能的观点出发进行探讨。

1　有效功率Py

有效功率是单位时间内通过泵或风机的流体所得到的功率,也是泵与风机的输送功率:

Py =ΧQ H

1000

K W

(1)因风机压头用风压表示,所以

Py =Q P

1000

K W

(2)式中:Q ——体积流量,m 3 s

H ——压头,m

p ——风压,Pa 或mm ・H g

Χ——流体重度,N m

3

2　轴功率(输入功率)Pc

轴功率是原动机传给泵与风机轴上的功率。如果知道泵与风机的总效率Γ则:

Pc =Py Γ=ΧQ H

1000ΓK W

(3) Pc =Py Γ=Q P

1000Γ

K W

(4)

由于泵与风机内有各种损失,所以有效功率始终小于轴功率,即Py

3　原动机功率Pg

考虑超载可能以及传动方式所带来的影响,原动机输出功率Pg 应大于轴功率Pc :

第19卷　第3期1999年 6月 农业与技术A griculture &T echno logy

V o l .19　N o.3

Jun .　1999

Pg =K

ΧQ H 1000ΓΓt =K Pc

Γt

K W

(5) Pg =K Q P 1000ΓΓt =K Pc

Γt

K W

(6)原动机输入功率P :

P =Pg

ΓD

K W

(7)式中:K ——电动机容量安全系数,见表1。

Γt ——传动机械效率,电动机直接传动为

1100,联轴器直接传动为0198,三角皮带传动为0195。

ΓD ——原动机效率。表1

电动机功率　K W 015以下>015～1>1～2电动机容量安全系数　K 115114113

电动机功率　K W >2～5>5电动机容量安全系数　K

112

1115

当原动机采用异步电动机时,输入功率即是电动机从电力网所取得的功率,亦即泵

与风机所消耗的电能。仅从公式(7)看,原动机的输入功率与输出功率成正比,与其效率ΓD 成反比

。但异步电动机的效率是随负荷的变化而变化的,所以负荷的变化直接影响着电动机的输出功率,即直接影响电能的消

耗量。

从电动机的工作特性曲线(图1),可看出效率与负荷的关系,具体数据见表2。图1

表2

负载情况

空　载

1

4负载1

2负载3

4负载额定负载

co s Υ

012012017701850189Γ

0178

0185

0188

01875

为了说明负荷的变化直接影响电能的消耗量及便于计算,我们引入负荷系数这一物理量。负荷系数Α等于电动机的额定功率Pe 与工作机械——泵与风机所需要的功率,即电动机输出功率的比值,即Α=Pe Pg 。

电动机的效率ΓD ,工作机械泵与风机的效率Γ和整个驱动装置的效率ΓZ 与负荷系数Α的关系曲线见图2。

图2

8

6 农业与技术 1999年

4　损失与效率Γ

泵与风机的损失可分为3种:机械损失、容积损失和流动损失。轴功率减去这3种损失所消耗的功率,才等于有效功率Py 。

由于泵与风机内过流部件中流动情况十分复杂,因此对这3种损失至今还不能用理论方法进行准确计算,只能依靠试验、用经验公式来进行计算。对于离心泵,机械效率Γm 一般在019～0197范围;容积效率ΓV 一般在0190～0195范围;流动效率Γh 一般在0180～0195范围。离心风机的机械效率Γm 一般在0192～0198范围;容积效率ΓV 比离心泵小一些;

流动效率Γh 一般在017～0185范围。

泵与风机的总效率Γ等于有效功率Py 与轴功率Pc 之比,即Γ=Py Pc =Γh Γv Γm 。上式还说明,泵与风机的总效率Γ等于流动效率Γh ,容积效率Γv 和机械效率Γm 3者联乘积。目前离心式泵的总效率视其容量大小,型式和结构的不同约在0160～0192的范围;离心风机约在015～019的范围,高效风机可达019以上。

5　原动机——异步电动机的选择

电动机的选择主要是转速与容量(功率)的选择。电动机转速的选择原则是使其尽可能接近生产机械的转速,以简化传动装置;容量的选择,主要由负载所需的功率决定。按公式(5)、(6)计算,满足Pe ≥Pg 即可,即电动机的额定容量(功率)大于或等于原动机输出功率。实际工作中负载转矩不是恒定不变的,所以选择电动机容量(功率)时,往往较负载功率大一些,满足其容量安全系数。但不可过大,过大使电动机经常处于轻载状态下运行,效率和功率因数较低,不能充分发挥其作用,增加运行费用,而且设备投资费用也较大。

6　运行节能计算

泵与风机运行的能源,当原动机采用异步电动机时,是电力网的电能。计算泵与风机运行所消耗的电能可将公式(1)、(3)、(5)或(2)、(4)、(6)代入公式(7)得到公式(8)来进行,即:

P =

Pg

ΓD =

K Pc

ΓD Γt =

K Py

ΓD Γt Γ

K W

(8)运行节约电能的关键在于提高电动机的效率ΓD ,电动机的效率ΓD 与负荷系数Α有关,

使用当中尽可能提高负荷系数,使其达到额定负载,提高功率因数,提高效率有利于节约电能。

为了计算工作机械——泵与风机的负荷增加所节约的电能,这里引用工作机械的相对单位动力消耗量这一概念。相对单位动力消耗量等于电动机需要从电力网取得的电能,亦

即在该工艺制度下有效工作的每一千瓦・小时的能量:W =Pg ・T

(9)式中:Pg ——原动机输出功率,即工作机械所需的功率,K W

T ——工作机械工作时间或有效工作时间,h

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6第3期 韩成浩、郭　滨:泵与风机的运行节能