水泵系统节能培训课件

1泵系统节能培训泵系统节能培训泵泵系系统节统节能培能培训训 2培训内容培训内容r概述概述r泵系统的基础知识泵系统的基础知识r泵系统的设计和运行泵系统的设计和运行r泵系统的优化的机会和措施泵系统的优化的机会和措施r泵系统评估和经济性泵系统评估和经济性培培训训内容概述内容概述 3一、概述一、概述q泵的应用泵的应用q泵系统的组成泵系统的组成q泵系统的能源利用现状泵系统的能源利用现状一、概述一、概述泵泵的的应应用用 41.1.泵的应用泵的应用工业领域：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%。1.泵泵的的应应用工用工业领业领域：域：泵泵系系统统耗耗电电占工占工业业系系统统能耗能耗20%以上。以上。5不同的流体系统所泵送的流体可用于不同的使用场合不同的流体系统所泵送的流体可用于不同的使用场合q泵送流体支持另一种产品n散热或供热n产生动力 r泵送的流体本身就是产品 n油输送n自来水不同的流体系不同的流体系统统所所泵泵送的流体可用于不同的使用送的流体可用于不同的使用场场合合泵泵送流体支持另送流体支持另 62.2.泵系统的组成泵系统的组成ABCDEFGJKIHA 泵B 液位指示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2.泵泵系系统统的的组组成成ABCDEFGJKIHA 泵泵 7pp泵系统节能潜力泵系统节能潜力泵系统节能潜力泵系统节能潜力 r在美国，泵系统耗电量要占到其工业用电量的在美国，泵系统耗电量要占到其工业用电量的25%25%左右。根据左右。根据美国能源部进行的美国能源部进行的“电机系统市场机会评估电机系统市场机会评估”结果，泵系统是美结果，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，可以实现较好的系统设计和对现有系统进行优化，可以实现20%20%甚至更多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。会。r在我国，泵的用电量约占全国用电量的在我国，泵的用电量约占全国用电量的20.9%20.9%。调查显示：和。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%3-5%，而，而整个系统的效率同比低整个系统的效率同比低20%20%左右，具有非常大的节能潜力。国内左右，具有非常大的节能潜力。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%30-50%的节能效果。的节能效果。维护成本维护成本20能源成本能源成本32泵泵系系统节统节能潜力能潜力 在美国，在美国，泵泵系系统统耗耗电电量要占到其工量要占到其工业业用用电电量的量的25 8二、泵系统基础知识二、泵系统基础知识q泵的分类泵的分类q泵的主要性能参数泵的主要性能参数q容积泵容积泵q离心泵离心泵q系统曲线和泵的运行工况点系统曲线和泵的运行工况点q相似定律相似定律二、二、泵泵系系统统基基础础知知识泵识泵的分的分类类 91.1.泵的分类泵的分类1.泵泵的分的分类类 10离心泵和容积泵的区别离心泵和容积泵的区别容积式泵容积式泵 27%27%离心式泵离心式泵 73%73%离心泵是我们关注的重点！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容积泵是周期性把能量增加给一定量水的泵离心离心泵泵和容和容积泵积泵的区的区别别容容积积式式泵泵 27%离心式离心式泵泵 73%离心离心泵泵是是 112.2.泵的主要性能参数泵的主要性能参数2.泵泵的主要性能参数的主要性能参数 12r流量流量r扬程扬程单位时间内泵所输送的流体量称为流量。流量用符号单位时间内泵所输送的流体量称为流量。流量用符号Q Q表示，其单位常用表示，其单位常用m m3 3/h/h，m m3 3/min/min和和m m3 3/s/s。泵所输送的单位重量的流体从进口到出口的能量水头增值称为扬程。扬程用符泵所输送的单位重量的流体从进口到出口的能量水头增值称为扬程。扬程用符号号H H表示，其单位为表示，其单位为m,m,习惯称为米液柱高。习惯称为米液柱高。泵转子每分钟旋转的圈数称为转速，以泵转子每分钟旋转的圈数称为转速，以n n表示，单位为表示，单位为r/minr/min。r转速转速流量流量扬扬程程单单位位时间时间内内泵泵所所输输送的流体量称送的流体量称为为流量。流量用符号流量。流量用符号Q表示表示 13r功率功率r效率效率输入功率：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 P表示，单位为表示，单位为kWkW。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。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，以符号表表示。示。功率效率功率效率输输入功率：又称入功率：又称轴轴功率，是指原功率，是指原动动机机传递给泵轴传递给泵轴上的功率，上的功率，14r功率功率r效率效率输入功率：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 P表示，单位为表示，单位为kWkW。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。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，以符号表表示。示。功率效率功率效率输输入功率：又称入功率：又称轴轴功率，是指原功率，是指原动动机机传递给泵轴传递给泵轴上的功率，上的功率，15r功率功率r效率效率输入功率：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 P表示，单位为表示，单位为kWkW。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。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，以符号表表示。示。功率效率功率效率输输入功率：又称入功率：又称轴轴功率，是指原功率，是指原动动机机传递给泵轴传递给泵轴上的功率，上的功率，16r气蚀余量气蚀余量有效汽蚀余量有效汽蚀余量 (NPSHA)(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低量，国外称为净正吸入压头 (NPSH)(NPSH)。有效汽蚀余量有效汽蚀余量 (NPSHA)(NPSHA)指泵吸入口处单位重量的液体所具有的超过饱和蒸汽指泵吸入口处单位重量的液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富裕能量压力的富裕能量,它是系统和流量的函数。它是系统和流量的函数。必需汽蚀余量（必需汽蚀余量（NPSHRNPSHR）是指单位重量的液体从泵吸入口流至叶轮叶片进口）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。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（必需汽蚀余量（NPSHRNPSHR）有效汽蚀余量有效汽蚀余量 (NPSHA)(NPSHA)大于必需汽蚀余量（大于必需汽蚀余量（NPSHRNPSHR），泵才不会出现汽蚀现象。），泵才不会出现汽蚀现象。气气蚀蚀余量有效汽余量有效汽蚀蚀余量余量(NPSHA)泵泵的汽的汽蚀蚀余量是指余量是指单单位重量位重量 173.3.容积泵容积泵应用场合：应用场合：高压力高压力/低流量应用工况场合低流量应用工况场合 高粘性流体介质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精确控制流量的应用工况场合 3.容容积泵积泵应应用用场场合：高合：高压压力力/低流量低流量应应用工况用工况场场合合 184.4.离心泵离心泵4.离心离心泵泵 19q离心泵分类离心泵分类叶片形状（径流式，混合式，轴流式）叶片形状（径流式，混合式，轴流式）叶片侧壁（全开、半开、封闭）叶片侧壁（全开、半开、封闭）吸入类型（单吸或双吸）吸入类型（单吸或双吸）级数（单极或多极）级数（单极或多极）收集器（涡壳或扩散体形）收集器（涡壳或扩散体形）方位（立式或卧式）方位（立式或卧式）离心离心泵泵分分类类叶片形状（径流式，混合式，叶片形状（径流式，混合式，轴轴流式）流式）2020径流泵径流泵混流泵混流泵轴流泵轴流泵20径流径流泵泵混流混流泵轴泵轴流流泵泵 21r离心泵扬程和流量的关系离心泵扬程和流量的关系泵增加了压力（能量）到流体上泵增加了压力（能量）到流体上泵输送泵输送:高压力高压力/低流量低流量或者或者高流高流量量/低扬程低扬程 可靠性和能耗取决于泵的运行工可靠性和能耗取决于泵的运行工况点。况点。离心离心泵扬泵扬程和流量的关系程和流量的关系 2250403020100扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/hq铭牌数据应用到某一特定的运行点铭牌数据应用到某一特定的运行点最佳效率点：715 m3/h,30 m扬程-流量曲线50403020100扬扬程程,m10008006004002 2350403020100扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/h100806040200轴功率轴功率,kWr离心泵功率流量曲线离心泵功率流量曲线压头曲线轴功率曲线50403020100扬扬程程,m10008006004002 2450403020100扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/hq不同的泵具有不同等性能曲线不同的泵具有不同等性能曲线泵泵2泵泵150403020100扬扬程程,m10008006004002 25100806040200轴功率轴功率,kW10008006004002000流量流量,m3/hr不同的泵具有不同的轴功率曲线不同的泵具有不同的轴功率曲线泵泵 1泵泵 2100806040200轴轴功率功率,kW10008006004 26100806040200效率效率,%10008006004002000流量流量,m3/h泵泵2泵泵1r不同的泵具有不同的轴功率曲线不同的泵具有不同的轴功率曲线100806040200效率效率,%1000800600400 27扬程(ft)流量(GPM)效率（%）性能曲线效率曲线离心泵性能曲线扬扬程流量程流量(GPM)效率（效率（%）性能曲）性能曲线线效率曲效率曲线线离心离心泵泵性能曲性能曲线线 285.5.系统的性能曲线系统的性能曲线主要是静压头主要是静压头全部是摩擦阻力压头全部是摩擦阻力压头两种系统类型5.系系统统的性能曲的性能曲线线主要是静主要是静压头压头全部是摩擦阻力全部是摩擦阻力压头压头两种系两种系统类统类 29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。扬程。302520151050扬程扬程,m10008006004002000 流量流量,m3/h管道阻力压头管道阻力压头全扬程全扬程静扬程静扬程/固定不变固定不变泵泵要克服的系要克服的系统扬统扬程由两个基本部分程由两个基本部分组组成：静成：静扬扬程和管道阻力程和管道阻力扬扬程。程。30应用实例应用实例静压头起主导作用的系统包括：静压头起主导作用的系统包括：冷却塔泵系统冷却塔泵系统 污水处理装置的注水泵系统污水处理装置的注水泵系统 大部分大部分/全部为摩擦阻力的系统包括：全部为摩擦阻力的系统包括：封闭的循环冷却水系统封闭的循环冷却水系统 废水处理厂的污水泵系统废水处理厂的污水泵系统应应用用实实例静例静压头压头起主起主导导作用的系作用的系统统包括：包括：31 泵要克服的系统扬程为静扬程（泵要克服的系统扬程为静扬程（H Hstatstat）和阻力扬程（）和阻力扬程（H Hj j两者之两者之和。和。泵泵要克服的系要克服的系统扬统扬程程为为静静扬扬程（程（Hstat）和阻力）和阻力扬扬程（程（32 首先让我们了解一下只具有静水头（无摩擦阻力）的系首先让我们了解一下只具有静水头（无摩擦阻力）的系统统类似于从一个储水池泵送到另一个储水池的系统。类似于从一个储水池泵送到另一个储水池的系统。首先首先让让我我们们了解一下只具有静水了解一下只具有静水头头（无摩擦阻力）（无摩擦阻力）33r系统静扬程系统静扬程p p静压（绝对压力）静压（绝对压力）（PaPa）流体密度流体密度 （kg/mkg/m3 3）g g重力加速度重力加速度 (9.81m/s(9.81m/s2 2)h h液位差液位差 (m)(m)系系统统静静扬扬程程p静静压压（绝对压绝对压力）力）（Pa）34静压头不随流量变化三个静压头曲线302520151050扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/h静静压头压头不随流量不随流量变变化化三个静三个静压头压头曲曲线线302520151050 35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。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。706050403020100流体功率流体功率,kW1000800600400200015 m20 m25 m流量流量,m3/h由于水功率与流量成正比，所以理想状由于水功率与流量成正比，所以理想状态态下功率随流量下功率随流量线线性增加。性增加。36但实际情况如何呢？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）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？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。在实际系统中，有时多，有时少。但但实际实际情况如何呢？在情况如何呢？在现实现实世界中，摩擦阻力世界中，摩擦阻力总总是存在的（流体之是存在的（流体之间间 37考虑到摩擦阻力，对伯努利方程作如下修改：12+Z1 =V12 P1 2g g ()+Z2 V22 P2 2g g ()由于摩擦阻力损失，点由于摩擦阻力损失，点2的水利能量比点的水利能量比点1低，因低，因此我们在方程的右侧增加此我们在方程的右侧增加一项。一项。+hf 考考虑虑到摩擦阻力，到摩擦阻力，对对伯努利方程作如下修改：伯努利方程作如下修改：12+38管道系统中哪些地方会导致阻力损失呢？管壁管壁阀门阀门 弯头弯头三通三通 渐缩管渐缩管/渐扩管渐扩管 膨胀节膨胀节容器进口容器进口/出口出口(换句话说，几乎泵送流体经过的每个地方都换句话说，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）存在截流损失，流体本身也存在摩擦损失）（管道系管道系统统中哪些地方会中哪些地方会导导致阻力致阻力损损失呢？失呢？管壁管壁 39r系统阻力扬程系统阻力扬程H Hj j 整个系统阻力损失整个系统阻力损失H Hjfjf管道沿程阻力损失管道沿程阻力损失H Hjsjs局部阻力损失局部阻力损失系系统统阻力阻力扬扬程程Hj 整个系整个系统统阻力阻力损损失失 40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=LdV22gV22g管道阻力管道阻力损损失的失的计计算通常是建立在达西算通常是建立在达西威斯巴克方程基威斯巴克方程基础础上的上的该该方方 41摩擦系数代表许多影响因素摩擦系数代表许多影响因素摩擦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=LdV22g摩擦系数代表摩擦系数代表许许多影响因素摩擦系数受以下因素影响：管道粗糙度多影响因素摩擦系数受以下因素影响：管道粗糙度 42管道部件阻力损失主要也是建立在实验数据基础上的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对于管道部件，摩擦阻力主要取决于速度压头H Hjsjs =K=K V V2 22 2g gK K=损失系数损失系数=速度压头速度压头K K是尺寸的函数，对于阀门，还是阀门类型，阀门开度的函数。是尺寸的函数，对于阀门，还是阀门类型，阀门开度的函数。V V2 22 2g g管道部件阻力管道部件阻力损损失主要也是建立在失主要也是建立在实验实验数据基数据基础础上的上的对对于管道部件于管道部件 43各种管道部件的一些典型各种管道部件的一些典型K K值值部件部件 部件部件K K值值9090标准弯头标准弯头 90 90 0.2-0.30.2-0.39090长径弯头长径弯头 90 0.1-0.390 0.1-0.3方边进口（容器）方边进口（容器）0.5 0.5进入容器的出口进入容器的出口 1 1止回阀止回阀 2 2闸阀（全开）闸阀（全开）0.03-0.2 0.03-0.2球形阀（全开）球形阀（全开）3-3-8 8蝶阀（全开）蝶阀（全开）0.5-2 0.5-2球阀（全开）球阀（全开）0.04-0.1 0.04-0.1各种管道部件的一些典型各种管道部件的一些典型K值值部件部件 44工程上：工程上：工程上：工程上：456.6.泵的运行工况点泵的运行工况点离心泵离心泵容积泵容积泵流 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6.泵泵的运行工况点的运行工况点离心离心泵泵容容积泵积泵流流 量量 扬扬程程 系系统统曲曲线线 泵泵 467.7.相似定律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 7.相似定律当相似定律当转转速改速改变时变时性能参数的性能参数的换换算算 当密度改当密度改变时变时性能参数性能参数 47四、泵系统的设计和运行四、泵系统的设计和运行q管道尺寸的选择管道尺寸的选择q泵的选型泵的选型q泵的联合运行泵的联合运行q系统流量的控制方法系统流量的控制方法q泵系统运行的常见问题泵系统运行的常见问题四、四、泵泵系系统统的的设计设计和运行管道尺寸的和运行管道尺寸的选择选择 481.1.管道尺寸的选择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：选择依据：1.管道尺寸的管道尺寸的选择选择整个整个泵泵和系和系统统的安装的安装费费用用选择选择依据：依据：49速度增加管道尺寸增加管道系统成本泵成本能源成本总成本成本管道以及附件的初投资降低；管道尺寸减小管道尺寸减小：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。速度增加管道系速度增加管道系统统成本成本管道以及附件的初投成本成本管道以及附件的初投资资降低；管道尺寸减降低；管道尺寸减 502.2.泵的选型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2.泵泵的的选选型多型多级动级动力式力式泵泵双吸双吸单级泵单单级泵单吸吸单级泵单级泵混流混流泵轴泵轴流流泵泵流量流量 51压头(ft)流量(GPM)离心泵系列型谱压头压头流量流量(GPM)离心离心泵泵系列型系列型谱谱 52流量(GPM)等效率线压头/流量曲线压头(ft)叶轮规格7”6”5”4”不同尺寸叶轮的性能曲线8”流量流量(GPM)等效率等效率线压头线压头/流量曲流量曲线压头线压头叶叶轮规轮规格格7”6”5”533.3.泵的联合运行泵的联合运行q并联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。3.泵泵的的联联合运行并合运行并联联运行两台运行两台泵泵并并联时总联时总流量流量为为每台每台泵泵流量之和，流量之和，54q串联运行串联运行总流量与串联工作的每台泵的流量相等，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。串串联联运行运行总总流量与串流量与串联联工作的每台工作的每台泵泵的流量相等，即的流量相等，即qA=qB。554.4.系统流量的控制方法系统流量的控制方法q节流阀控制节流阀控制q旁通控制旁通控制q泵转速控制泵转速控制q泵运行台数控制泵运行台数控制4.系系统统流量的控制方法流量的控制方法节节流流阀阀控制控制 56p节流控制节流控制节节流控制流控制 57p旁通控制旁通控制旁通控制旁通控制 58Q1N1Q2N2()()=H1N1H2N2()()=12P1N1P2N2()()=3p泵转速控制泵转速控制Q1N1()()=H1N1()()=12P1N1()(595.5.泵系统运行常见问题泵系统运行常见问题q系统问题系统问题泄漏泄漏阀门问题阀门问题管道支架管道支架q离心泵问题离心泵问题气蚀及内部回流气蚀及内部回流密封和盘根问题密封和盘根问题泵轴偏差泵轴偏差5.泵泵系系统统运行常运行常见问题见问题系系统问题统问题泄漏离心泄漏离心泵问题泵问题气气蚀蚀及内部回流及内部回流 60泵壳流动方向 叶轮 转动方向扩散体切水线蒸汽泡形成，然后剧烈破裂，腐蚀叶轮表面离心泵气蚀离心泵气蚀泵泵壳流壳流动动 叶叶轮轮 转动转动方向方向扩扩散体切水散体切水线线蒸汽泡形成，然后蒸汽泡形成，然后剧剧烈烈 61泵的密封方法泵的密封方法泵轴弹簧泵壳体动态密封面密封环密封腔机械密封静态密封面盘根盘根密封环盘根压盖泵轴泵泵的密封方法的密封方法泵轴弹泵轴弹簧簧泵泵壳体壳体动态动态密封面密封密封面密封环环密封腔机械密封静密封腔机械密封静态态 62四、泵系统优化的机会和措施四、泵系统优化的机会和措施q优化系统管路配置优化系统管路配置q泵选型过大泵选型过大q多泵配置多泵配置q大小泵配置大小泵配置q叶轮切削叶轮切削q应用变速驱动应用变速驱动四、四、泵泵系系统优统优化的机会和措施化的机会和措施优优化系化系统统管路配置管路配置 63传统的泵系统传统的泵系统10 kW2 kW泵损耗电机损耗旁通损失局部阻力损失沿程阻力损失阀门损失100 GPM固定转速10GPM/kW有用能10 kW100 GPM最大流量最大流量:175 GPM:175 GPM正常流量正常流量:100 GPM:100 GPM传统传统的的泵泵系系统统10 kW2 kW泵损泵损耗耗电电机机损损耗旁通耗旁通损损失局部阻力失局部阻力 64泵系统优化的最终目标泵系统优化的最终目标最终最终目标目标流体流体系统系统泵泵联轴节联轴节电机电机电机断路器电机断路器/启动器启动器变压器变压器供电线路供电线路变速驱动变速驱动 在每一个接口处都会存在效率损失。目标是在每一个接口处都会存在效率损失。目标是泵系统的总效率最大化，或者是泵系统的总效率最大化，或者是单位功率输单位功率输入输送尽量多的流体入输送尽量多的流体。对于中央空调系统，则要达到输送单位冷量对于中央空调系统，则要达到输送单位冷量消耗的水泵功率最小，日本提出了消耗的水泵功率最小，日本提出了28.6W/kW28.6W/kW的标准。的标准。泵泵系系统优统优化的最化的最终终目目标标最最终终流体流体泵联轴节电泵联轴节电机机电电机断路器机断路器/启启动动器器变变 657575kW kW 电机的效率曲线电机的效率曲线96959493929190效率,%100755025负载率,%2-pole4-pole6-pole8-pole对于泵系统而言，电机是非常小的影响因素。对于泵系统而言，电机是非常小的影响因素。75kW 电电机的效率曲机的效率曲线线96959493929190效率效率,66寻找泵系统节能的有效方法寻找泵系统节能的有效方法电机输出功率电机输出功率 电机效率电机效率电机输入功率电机输入功率(kw)=最终最终,电机运行费用电机运行费用=电机输入功率电机输入功率*运行时间运行时间*电价电价水力功率水力功率泵效率泵效率泵输入功率泵输入功率(kW)=(或电机输出功率或电机输出功率)MotorPumpm3/hr m 比重比重367流体功率流体功率(kW)=寻寻找找泵泵系系统节统节能的有效方法能的有效方法电电机机输输出功率出功率 电电机机输输入功率入功率(kw 674150033200249001660083000年摩擦阻力损失费用年摩擦阻力损失费用500040003000200010000流量流量,m3/h30m30m长新管每年的摩擦阻力费用（电价长新管每年的摩擦阻力费用（电价0.830.83元元/kWh,kWh,联合效率联合效率70%70%）3004005006007509001 m/s1.5 m/s2 m/s1.1.优化系统管路配置优化系统管路配置q优化设计管路系统优化设计管路系统4150033200249001660083000年摩擦阻力年摩擦阻力 68不正确对管道进行正确的选型并安装可以避免气袋的形成正确允许形成气袋的空间q与泵相关的管道配置问题与泵相关的管道配置问题不正确不正确对对管道管道进进行正确的行正确的选选型并安装可以避免气袋的形成正确允型并安装可以避免气袋的形成正确允许许形形 69不正确正确允许形成气袋的空间固定斜率不正确正确允不正确正确允许许形成气袋的空形成气袋的空间间固定斜率固定斜率 70Space which allows an airpocket to form不正确正确允许形成气袋的空间Space which allows an airpocke 71在泵的上游建立均匀的流场分布，在泵的进口处应当采取直管段。在泵的上游建立均匀的流场分布，在泵的进口处应当采取直管段。导流装置（转动叶片）管道导流装置图q管道配置优化原则管道配置优化原则建议入口流速不超过建议入口流速不超过1.5m/s1.5m/s，最大限度减小泵进口侧压头损失以降低产生气蚀的风险。，最大限度减小泵进口侧压头损失以降低产生气蚀的风险。在在泵泵的上游建立均匀的流的上游建立均匀的流场场分布，在分布，在泵泵的的进进口口处应处应当采取直管段。当采取直管段。导导 72吊架吸入口出口卧式分体泵电机吊架正确支撑入口和出口管道系统吊架吸入口出口卧式分体吊架吸入口出口卧式分体泵电泵电机吊架正确支撑入口和出口管道系机吊架正确支撑入口和出口管道系统统 732.2.泵选型过大泵选型过大q泵选型过大的表现泵选型过大的表现流动噪音过大流动噪音过大阀门过度节流阀门过度节流旁通管线流量过大旁通管线流量过大频繁的轴承和密封维护频繁的轴承和密封维护2.泵选泵选型型过过大大泵选泵选型型过过大的表大的表现现流流动动噪音噪音过过大大阀门过阀门过度度节节流流 74q泵选型过大的改进措施泵选型过大的改进措施叶轮调整叶轮调整应用变速驱动应用变速驱动利用小型泵加强大型泵的使用效能利用小型泵加强大型泵的使用效能泵选泵选型型过过大的改大的改进进措施叶措施叶轮调轮调整整应应用用变变速速驱动驱动利用小型利用小型泵泵加加强强大型大型泵泵 753.3.多泵配置多泵配置运行灵活运行灵活流量（GPM）单泵运行双泵运行三泵运行泵性能曲线系统性能曲线扬程（ft）多泵并联运行性能曲线q优点优点可靠性高可靠性高维护保养成本降低维护保养成本降低效率高效率高3.多多泵泵配置运行灵活流量（配置运行灵活流量（GPM）单泵单泵运行双运行双泵泵运行三运行三泵泵运行运行泵泵 7650403020100扬程扬程,m2000150010005000流量流量,m3/h增加一台泵的效果取决于系统的性质增加一台泵的效果取决于系统的性质1 台泵台泵2台泵台泵925 m3/h1112 m3/h1600 m3/h多泵并联运行对于静压头起主导作用的系统是理想选择多泵并联运行对于静压头起主导作用的系统是理想选择50403020100扬扬程程,m20001500100050 774.4.大小泵配置大小泵配置泵间歇运行泵间歇运行q适用场合适用场合水池入口管道出口管道电机泵电机控制箱高水位开关低水位开关吸入口在高负载期间高流动噪音、气蚀及管道系统的振动现象消失了在高负载期间高流动噪音、气蚀及管道系统的振动现象消失了4.大小大小泵泵配置配置泵间泵间歇运行歇运行适用适用场场合水池入口管道出口管道合水池入口管道出口管道电电机机泵泵 785.5.叶轮切削叶轮切削系统的大多数旁通阀打开，表明系统设备内的流量过大系统的大多数旁通阀打开，表明系统设备内的流量过大q适用范围适用范围系统需要过分节流来控制流到系统或工艺的流量系统需要过分节流来控制流到系统或工艺的流量存在高噪音或者振动等级表明流量过大存在高噪音或者振动等级表明流量过大泵远离其设计点运行泵远离其设计点运行5.叶叶轮轮切削系切削系统统的大多数旁通的大多数旁通阀阀打开，表明系打开，表明系统设备统设备内的流量内的流量过过大大 79q切削原理切削原理Q=流量H=扬程BHP=电机功率（下标1=原始泵，下标2=经过叶轮切削后的泵）D=直径切削原理切削原理Q=流量流量 80q叶轮调整对泵性能的影响叶轮调整对泵性能的影响流量(GPM)系统性能曲线叶轮调整后的泵性能曲线叶轮切削之后泵的工作点使用原来叶轮的泵的性能曲线希望的流量叶轮切削之前泵的工作点扬程(ft)叶叶轮调轮调整整对泵对泵性能的影响流量性能的影响流量(GPM)系系统统性能曲性能曲线线叶叶轮调轮调整后的整后的 81q叶轮切削的优点和限制叶轮切削的优点和限制q优点q限制节能降低管道系统、阀门和支架的磨损降低运行和维护保养成本效率下降叶轮直径很少降低到低于原始尺寸的70%产生气蚀的可能性增加叶叶轮轮切削的切削的优优点和限制点和限制优优点限制点限制节节能效率下降能效率下降 8250403020100扬程扬程,m8006004002000流量流量,m3/h70607578808275788082708384289 mm251 mm213 mm50403020100扬扬程程,m8006004002000流流 835.5.应用变速驱动应用变速驱动系统的大多数旁通阀打开，表明系统设备内的流量过大系统的大多数旁通阀打开，表明系统设备内的流量过大q适用范围适用范围系统需要过分节流来控制流到系统或工艺的流量系统需要过分节流来控制流到系统或工艺的流量存在高噪音或者振动等级表明流量过大存在高噪音或者振动等级表明流量过大泵远离其设计点运行泵远离其设计点运行5.应应用用变变速速驱动驱动系系统统的大多数旁通的大多数旁通阀阀打开，表明系打开，表明系统设备统设备内的流量内的流量 84不同控制方式比较不同控制方式比较不同控制方式比不同控制方式比较较 8550403020100扬程扬程,m120010008006004002000流量流量,m3/hr100%speed90%80%70%405070607575当泵速度变化时，相似定律保持的非常好当泵速度变化时，相似定律保持的非常好！808080.5(BEP)787850403020100扬扬程程,m12001000800600 86假设：全阻力系统、全静扬程系统和混合系统在假设：全阻力系统、全静扬程系统和混合系统在100%100%转速时处于同一工作点。转速时处于同一工作点。如果该三种系统降低泵转速会发生什么？如果该三种系统降低泵转速会发生什么？50403020100扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/h800 m3/h,27.5 m(79.5 kW)假假设设：全阻力系：全阻力系统统、全静、全静扬扬程系程系统统和混合系和混合系统统在在100%转转速速时处时处于于 87q对于全摩擦阻力系统，改变速度泵效率不变。对于全摩擦阻力系统，改变速度泵效率不变。100%转速转速90%80%70%405070607575808080.5(BEP)787850403020100扬程扬程,m120010008006004002000流量流量,m3/hr对对于全摩擦阻力系于全摩擦阻力系统统，改，改变变速度速度泵泵效率不效率不变变。100%转转速速90%8850403020100扬程扬程,m120010008006004002000流量流量,m3/hrq在带有静压头的系统中，随着速度变化泵效率也变化在带有静压头的系统中，随着速度变化泵效率也变化100%转速转速90%80%70%405070607575808080.5(BEP)787850403020100扬扬程程,m12001000800600 8950403020100120010008006004002000流量流量,m3/hq对于只有静压头的系统，效果更具有戏剧性对于只有静压头的系统，效果更具有戏剧性100%转速转速90%80%70%405070607575808080.5(BEP)7878扬程扬程,m504030201001200100080060040020 90如果系统的实际流量需求为如果系统的实际流量需求为 400 m400 m3 3/h/h（原流量原流量需求的一半），那么需求的一半），那么 如果系如果系统统的的实际实际流量需求流量需求为为 400 m3/h（原流量需求的一（原流量需求的一 9150403020100扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/hq为了使全摩擦阻力的系统产生为了使全摩擦阻力的系统产生400 m3/h的流量，速度被降低到原来的流量，速度被降低到原来的的50%。100%转速转速50%转速转速400 m3/h,6.9 m(10.4 kw)50403020100扬扬程程,m10008006004002 925040302010010008006004002000流量流量,m3/hq为了使固定静压头为了使固定静压头/摩擦阻力的系统流量达到摩擦阻力的系统流量达到400 m3/h 速度被降速度被降低到原来的低到原来的78.5%。100%转速转速78.5%转速转速400 m3/h,21.9 m(34.6 kw)扬程扬程,m5040302010010008006004002000流量流量 935040302010010008006004002000流量流量,m3/hq为了使全静压头的系统流量达到为了使全静压头的系统流量达到400 m3/h，速度被降低到原来的速度被降低到原来的86.5%。100%转速转速86.5%转速转速400 m3/h,27.5 m(44.7 kW)扬程扬程,m5040302010010008006004002000流量流量 94080010079.510.10.099040050.010.438.50.0262080010079.510.10.0992040078.534.611.60.08727.580010079.510.10.09927.540086.544.7 8.90.112静压头静压头(m)m)m m3 3/hr/hr转速转速 (%)(%)kWkWm m3 3/kwh/kwh kwh/m kwh/m3 3注：800 m3/h流量的功率值假设电机被直接驱动（ASD被旁通）0800 100 79.510.10.099静静压头压头(m 95五、泵系统的评估和经济性五、泵系统的评估和经济性q最佳评估时间的选择最佳评估时间的选择q评估系统的选择评估系统的选择q泵系统的评估方法泵系统的评估方法q泵系统的经济性泵系统的经济性五、五、泵泵系系统统的的评评估和估和经济经济性最佳性最佳评评估估时间时间的的选择选择 96典型的系统分析方法典型的系统分析方法n分析当前的工艺生产需求以及未来的生产发展需求；分析当前的工艺生产需求以及未来的生产发展需求；n了解系统当前的运行状态和参数；了解系统当前的运行状态和参数；n收集系统运行数据并对其进行分析；收集系统运行数据并对其进行分析；n提出替代的系统设计方案和改进；提出替代的系统设计方案和改进；n对潜在的节能方案进行比较，确定技术上最可行、投资回对潜在的节能方案进行比较，确定技术上最可行、投资回报最合理的方案；报最合理的方案；n对确定的方案进行实施；对确定的方案进行实施；n继续检测和优化系统；继续检测和优化系统；n继续运行并维护系统，保证系统高效运行。继续运行并维护系统，保证系统高效运行。典型的系典型的系统统分析方法分析当前的工分析方法分析当前的工艺艺生生产产需求以及未来的生需求以及未来的生产发产发展需展需 971.1.最佳评估时间的选择最佳评估时间的选择q泵的最初选型阶段泵的最初选型阶段q发现并解决问题阶段发现并解决问题阶段q系统改进阶段系统改进阶段泵低效运行气蚀内部回流 不良的流量控制频繁的维护保养1.最佳最佳评评估估时间时间的的选择泵选择泵的最初的最初选选型型阶阶段段发现发现并解决并解决问题阶问题阶段系段系统统 9898可靠性曲线可靠性曲线泵曲线泵曲线气蚀气蚀轴承、密封寿轴承、密封寿命减少命减少最佳应用最佳应用出口回流出口回流叶片寿命降低叶片寿命降低轴承、密封寿轴承、密封寿命减少命减少入口回流入口回流气蚀气蚀高温升高温升最佳效率点最佳效率点最佳应用最佳应用好的应用好的应用流量流量扬扬程程泵的曲线和泵安全性关系泵的曲线和泵安全性关系可可靠靠性性98可靠性曲可靠性曲线泵线泵曲曲线线气气蚀轴蚀轴承、密封寿命减少最佳承、密封寿命减少最佳应应用出口回流叶用出口回流叶 992.2.评估系统的选择评估系统的选择q根据设备规格和运行时间进行筛选根据设备规格和运行时间进行筛选系统名称系统名称设备设备ID号号额定功率额定功率（kW）每年运行时间每年运行时间（hrs）1000s kW-hrs冷却水系统CW10110876088冷媒水系统S227508760438工艺冷却水系统CW3145060002700锅炉给水系统FW161008000800污水处理系统P11754000300q根据负载类型进行筛选根据负载类型进行筛选2.评评估系估系统统的的选择选择根据根据设备规设备规格和运行格和运行时间进时间进行行筛选筛选系系统统名称名称设备设备 1003.3.泵系统评估方法泵系统评估方法q故障征兆法故障征兆法u系统带有节流流量控制，特别带有显著的节流阀；u系统使用常开旁通管进行流量控制或进行泵的最小流量保护；u系统带有多泵并联配置，并且泵的运行数量很少改变；u运行操作的周期性或循环启动/停止模式下的系统，泵的循环非常频繁；u在泵或系统（诸如节流阀）当中存在显著的气蚀噪音。气蚀，在低等级时所产生的噪音如同碎石被泵送通过系统。而在高等级气蚀时所产生的噪音如同刺耳的吼叫，对其周围人们的听觉是非常有害的。3.泵泵系系统评统评估方法故障征兆法系估方法故障征兆法系统带统带有有节节流流量控制，特流流量控制，特别带别带有有显显 101q数据采集和分析数据采集和分析查找供需之间的不平衡 所测量的流量所测量的压头所要求的流量所要求的压头不平衡度（%）=-1100不平衡实例表系统所要求的系统流量（GPM）系统扬程需求（ft）系统实际流量（GPM）泵实际扬程（ft）不平衡度（%）是否进一步分析研究?冷却水800458007056是冷却水1400551400609否冷却塔用水120040200050108是软化水2000110220011515否数据采集和分析数据采集和分析查查找供需之找供需之间间的不平衡的不平衡 所所测测量的流量量的流量所所测测量的量的压压 102寻找选型不合理的泵 寻寻找找选选型不合理的型不合理的泵泵 103系统诊断设备系统诊断设备温度枪、频闪式转速计可以测试温度和水泵电机转速。多功能数据记录仪精确测量水泵扬程、中央空调机组压力损失、系统阻力和供回水温度等参数。电能质量分析仪精确记录水泵功率、功率因数等电能参数。超声波流量计可以精确记录水泵流量和系统流量的变化。系系统诊统诊断断设备设备温度温度枪枪、频闪频闪式式转转速速计计可以可以测试测试温度和水温度和水泵电泵电机机转转速。速。104q变速驱动问题变速驱动问题变速驱动被使用于系统扬程的大部分是静压头的系统当中流量扬程系统曲线在各种转速下的泵曲线变变速速驱动问题变驱动问题变速速驱动驱动被使用于系被使用于系统扬统扬程的大部分是静程的大部分是静压头压头的系的系统统当当 105已经利用变速驱动改进的系统，但是还安装有高压降控阀门已已经经利用利用变变速速驱动驱动改改进进的系的系统统，但是，但是还还安装有高安装有高压压降控降控阀门阀门 1064.4.泵系统经济性泵系统经济性q电费的计算方法电费的计算方法铭牌数据铭牌数据假设：电机驱动效率为假设：电机驱动效率为95%95%，这对于泵电机大于，这对于泵电机大于50hp50hp而言是比较合理的。如果泵而言是比较合理的。如果泵采用经过多次重绕的旧电机，或者采取更小型电机，那么电机效率应当为采用经过多次重绕的旧电机，或者采取更小型电机，那么电机效率应当为80%80%直接测量直接测量测量电流和电压测量电流和电压直接测量功率直接测量功率4.泵泵系系统经济统经济性性电费电费的的计计算方法算方法铭铭牌数据假牌数据假设设：电电机机驱动驱动效率效率为为9 107应用泵性能曲线应用泵性能曲线性能曲线效率 如知道了泵的总扬程用此线如果知道了流量用此线流量（GPM）扬程（ft）效率应应用用泵泵性能曲性能曲线线性能曲性能曲线线效率效率 如知道了如知道了泵泵的的总扬总扬程用此程用此线线如果知如果知