水泵效率计算

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1、选泵中效率计算问题选泵的节能技术华东建筑设计研究院有限公司马信国摘要：本文阐述了离心水泵效率影响因素，在工程设计中，依照国家标准规定确 定水泵效率，合理匹配电机功率，尽量使水泵运行在高效区内。通过案例说明选 用高效优质产品重要性，建议在设备材料表中增加水泵节能效率值。关键词：离心泵、效率标准、轴功率、节能评价值1前言水泵是建筑给排水设计的常用设 备，选用高效率水泵，节省日常运行耗 电量，满足工程建设需要，是广大工程 师追求的目标之一，也是节能技术的一 个重要内容。但是如何确定水泵效率， 是选泵中面临的一个难题。2离心泵轴功率与电机功率离心泵在实际运转中由于存在容积 损失（即泄漏损失）、水力损失

2、（水流在 水泵内的摩阻、冲击损失）和机械损失 （转动的叶轮和泵轴同固定泵壳等轴承 的摩擦损失），造成水泵的效率降低；离 心泵的效率实质上是机械、容积和水力 三种效率的乘积，它反映了水泵传递功 率的有效程度，是离心泵的一个重要参 数。2.1离心泵轴功率计算公式（1）式中：N 水泵轴功率（KW）Q水泵输送流量（L/s）H一水泵输送扬程（m）n 水泵输送效率（）该式表明，当流量、扬程一定时，水泵 的轴功率与水泵的效率成反比。水泵效 率高，其轴功率低，反之，轴功率则高。2.2配用的电机功率N 机=K N 轴（2）K一备用系数N 水泵轴功率（KW）备用系数也称富裕系数，它考虑了电机 的机械效率等因素，其

3、值随轴功率而异， 一般可参考下列数值。见表1。每台水泵配用电机额定功率也可 参见ISO5199离心泵驱动机功率匹配 技术标准中安全余量，详见表2.3离心泵的特性曲线要正确选泵就必须了解水泵的性能 特点，离心泵的特性曲线通常由生产厂 家根据实验测定的Q、H、N轴、n等数 据标示绘成一组曲线，供使用者选泵和 操作时参考。（见图1）图1离心泵性能曲线式中：N机一电机功率（即表1 K值博由（KW）100K1.71.72.51.51.31.31.251.251.151.151.11.11.081.081.05表2水泵轴功率与配用电机功率N轴（KW）N机 （KW）K%（KW）N机（KW）K备注0.180.

4、251.3919221.16表中K值按 N机/N轴获 得0.270.371.1726301.150.40.551.37532.5371.10.550.751.3640451.230.811.11.3649551.121.11.51.3668751.11.72.21.2981901.112.331.31001101.13.241.251201321.14.35.51.281451601.16.17.51.231812001.19.1111.22272501.112.8151.172863151.115.918.51.163223551.1它不受管路特性的影响。4离心泵的效率标准4.1国家标准离心

5、泵效率（GB/T13007-91） 规定了离心泵的效率标准。见表3和表4。需要说明的是，表3、表4中A栏数值为 水泵最高点效率，B栏数值为高效区的临界点 效率，超出临界点，水泵效率下降很快；表中 的效率值是比转数，ns=120210的数值。当 水泵的比转数小于120或大于210时，其相对 应效率值应予修正，具体修正值可按 GB/T13007-91 规定。从表3和表4可知，离心泵的效率特征是： 水泵效率随着流量增大而增大，一般在建筑用 的给水泵流量范围内，小泵流量（530m3/h） 其效率大致在55%65%之间；中泵流量 （30150m3/h）其效率大致在70%75%之间；大 泵流量（150m3

6、/h）可达75%85%之间； 单级水泵效率在同等流量下，要比多级水泵效 率高，平均约高出5%。水泵高效区的范围大致在最高效率的90%。不同型号泵的特性曲线不同，但均有 以下三条曲线：（1）QH曲线，表示流量和扬程关系。 特点是其扬程随流量增大而减小。在QH 曲线上有两条波折线，指示在这条波折 线范围内水泵的效率较高。（2）Qn曲线表示流量和效率关系。其 中效率最高点A0表明该泵对应的流量Qa 和扬程Ha下工作最为经济。这条曲线的 变化趋势是流量由小一- 中一 大，效率由低一-高一 低。（3）QN轴曲线表示泵的流量和轴功率 关系。其特点是流量由小到大，轴功率 也由小到大，在流量为零时轴功率最小。

7、（4）上述三条曲线均在一定转速下测 定。故在特性曲线图上需注明转速n值。 总之，离心泵的特性曲线反映了水泵在 一定转速下其扬程、效率和轴功率随流 量变化的规律。必须指出的是各种型号 的离心泵都有其本身独有的特性曲线，表3单级离心泵效率Q,m3/h510152025304050607080n a586467.269.470.97273.874.975.876.577(%) B52.55860.862.563.864.8666767.868.569Q,m3/h90100150200300400500600700800900n a77.67879.880.8828383.784.284.78585.

8、3(%) B69.569.971.2727373.774.274.574.975.175.5Q,m3/h100015002000300040005000600070008000900010000n a85.786.687.28888.68989.289.589.789.990(%) B78.776.677.27878.678.979.279.479.679.880注：（1）表中的效率值是n =120210时的数值（2）表中的单级双吸或心泵的流量是指全流量值表4多级离心水泵效率Q,m3/h51015202530405060708090100n a55.459.461.863.564.865.96

9、7.568.969.970.971.572.372.9(%) B49.453.155.356.85858.960.561.862.663.564.164.965.3Q,m3/h1502003004005006007008009001000150020003000n a75.376.979.280.681.582.282.883.183.583.984.885.185.5(%) B67.56970.97272.973.373.974.274.574.875.475.876注：（1）表中的效率值是n =120210时的数值S4.2比转数n意义水泵的比转数是体现水泵性能的重 要参数，它与流量Q、扬程

10、H、转速n有 关，对于离心泵而言，比转数在120210 之间时水泵效率最高。比转数ns计算公式13.65 Q 2n = nsH 4（3）式中：Q 一流量（m3/s）H 一扬程（m）n 转速（r/min）（转/分） 从上式可知：比转数随扬程H增大而减小，随流量增 大而增大，说明低比转数水泵扬程高， 流量小，而高比转数水泵流量大，扬程 小。根据水泵的比例定律，转速提高，其流量相 应增大，则效率也增大，在一定比转数范围 内，提高转速可提高水泵效率4.3标准效率下的水泵扬程根据公式（3）可以推求出在比转数n 为120210，转速n为2900转/分时的扬程 计算公式2H =（186 393）Q3（m）（

11、4-1）式中：Q 流量（m3/s）同理可以推求出在比转数n为120210， 转速n为1450转/分时的扬程计算公式2H =（74 156）Q3（m）（4-2）将公式（4）代入表3,得常用单级离心泵 在最高效率下的最佳扬程。表5单级离心泵最佳扬程Q(m3/h)510152025304050n （%）586467.269.470.872.073.874.9H n=29002.34.93.77.84.810.25.812.36.814.27.616.19.219.410.722.6n=14500.921.931.463.11.924.02.34.92.75.73.06.43.77.74.39.0Q(

12、m3/h)60708090100150200300n (%)75.875.577.077.678.079.880.882.0Hn=290012.125.613.428.414.731.015.933.617.136.022.447.227.157.135.574.9n=14504.810.15.411.35.812.36.313.36.814.38.918.710.822.614.129.6分析表5值可知，在满足离心泵最高效 率下，其扬程随着流量和转速的增大而 增加，在实际工程中，低扬程水泵使用 范围较窄，当扬程超出上表中流量对应查修正值n =72, An =4.5% 查表 4，Q=315ms

13、/h n =61.8%1=61.8%-4.5%=57.3%(15 : 3.6)x120 = 8.55轴 102x 57.3%i 3.65Q 2 n =3H 43.65(-6)2 3600 2900=863404n (%)Q值时，应按公式(3 )重新计算比转数 n，然后在GB/T13007-91中查得效率 修正值，即为该水泵的效率值(n 1)【示例一】某工程选用一单级单 吸离心水泵，转速为2900转/分， 最高效率点的流量为60m3/h，扬 程为40m，求其效率、轴功率和电 机功率。解：(1)求ns(5) 查表2，配用电机N机=11KW综上可述，影响离心水泵效率的 主要因素：水泵的流量：水泵流量

14、越大，效 率越高。可参见下图：=8.92 KW(1)n =sx 2900(2)查离心泵效率中修正值ns=86An =2.5%(3)查表 3，Q=60m3/h，n =75.8%则 n1=75.8-2.5=73.3%(60 + 3.6) x 40102 x 73.3%(5)配用电机，查表2的N机=11KW 【示例二】某工程选用多级离心 泵转速为2900转/分，扬程为 120m，流量为15m3/h，求其效率、 轴功率和电机功率。解3.65x ( 15 )0.53600(2075(多级离心泵有六级，每级20m)= 72.272图2不同形式离心泵效率比转数：在n=120210,比转数增 大，效率也随之增

15、加。转速：同样参数的水泵，高转速 泵比低转速泵效率高。扬程：大流量低扬程泵要比小流 量高扬程泵效率高。5.使水泵运行在高效区的方法水泵实际运行工作点是由水泵 特性曲线(QH)和管道特性曲线两 者同时决定的。欲获得高效区工作， 关键应设法使管道特性曲线与水泵 QH曲线相交于该泵的最佳效率 点。5.1定流量水泵管道特性曲线在工程设计中，采用水池、水 泵、高位水箱的给水方式。水泵采 用一用一备时，流量是恒定的，其 扬程由静扬程和出水管道水头损失及流出水头三部分组成，流出水 头较小可略去，则总扬程可表达 为下式H=H+SQ2（5）式中：H0一静扬程（m）（即水泵 从水池最0低水位提升到水箱的高 水位）

16、S 一为输水管道的阻力系数，与管道长度、材质、直径等有关Q一输水流量（L/S）管道特性曲线有三种情况， 见图3所示。二次方成正比，而轴功率与转速的三次方 成正比。又根据转速与频率关系：-= -（6）式中： n转速（r/min）f一频率（Hz）p一级组数可求出改变转速后流量、扬程、轴功率和频率变化参数。表6转速下降后流量、扬程、轴功率和频率变化值H 管=H+sQ2图3管道特性曲线正好通过所选水泵最高效率 点（A）。管道阻力损失值估算高，配 管偏大，和Q-H曲线交于B点。配管管径偏小，和Q-H曲线 交于C点。由于B、C点效率较A点低，运行在 B点造成电机功率增大，运行至C点， 则流量偏小，效率也下

17、降。因此，根据 管材、摩阻、长度，精确计算沿程和局 部水头损失，使计算的管道特性曲线正 好交于A点，是必需的步骤。5.2变流量水泵的工作点效率恒压变流量供水方式，通常采用变 频调速方法，根据比例定律，水泵流量 与转速的一次方成正比，扬程与转速的n=100%Q (m/h)H(m)N 雄轴(KW)频率=50(Hz)94%0.94Q0.88H0.8304790%0.90Q0.81H0.7294585%0.85Q0.723H0.61442.580%0.8Q0.64H0.51240表6只是一种理想状态下的数值。实 际上流量的减少视水泵性能曲线是否平 缓或陡降有关。扬程的下降要引起人们警 觉。转速下降决不

18、能降到维持系统所需的 压力，即H=H +SQ2。当采用恒压（非变压） 供水时，其水泵扬程不能满足恒压要求 时，就会出现小流量不出水现象，电机发 热，空转故障。水泵变频改变转速后，效率下降很 大，主要是小流量效率较小缘故，还有电 机从满载到3/4负载再到1/2负载，电机 效率亦随之下降。试举一例。格兰富水泵曾实测同一水泵50Hz（100%转速）到47HZ （94%转速）的效率。 水泵型号 CR32-2 2917r/min，配 4kw 电 机。从表7可得：频率下降6%贝U：流量减少40%水泵效率下降13.4%整机效率下降14.6%轴功率降低31%即节能率为31%将本案例按前述方法计算，比较理 论值

19、与实际数据，见表8和表9。表8、表9证明优质产品水泵其效能指标完全可以达到并超出国家规定的离心泵效率，同时也 说明只有选用高效优质水泵才能达表7变频供水效率实例到节能要求。水泵转速Q(m3/h)H (m)N轴n i泵+电机n 2HZ100%2532.83.02 kw74%65.2%5094%1532.82.08 KW64.1%55.7%47.1表8恒速运行设计参数与样本数据对照表Q(m3/h)H(m)n (%)n(r/min)nsN轴(kw)N 机(kw)设计2532.864.329171083.475.5样本2532.87429173.024表9变频运行理论参数与实测数据对照表Q(m3/h)

20、H(m)n (%)n(r/min)nsN 轴(KW)负载率(%)节能率(%)理论1532.858.82742792.284134.3实测1532.864.127422.0852316节能型水泵能效要求6.1国家规定为大力推行节能型水泵，我国于 2005年5月13日发布了清水离心 泵能效限定值及节能评估值的国家 标准(GB19762-2005)，并于同年12 月1日实施。该标准第5.3条是强制 性的，即泵的能效限定值和节能评价 值。所谓“泵能效限定值”定义为： “在标准规定测试条件下，所允许 泵规定点效率最低保证值”，可理解 为泵运行时效率比最高点效率值允 许最大下降值。按照泵类型分为三类：单级

21、单吸清水泵，各种流量能效 限定值-3%。单级双吸清水离心泵，流量忍 600m3/h 为-3% ；流量600m3/h 为-4%。 多吸清水离心泵：流量忍 100m3/h 为-3% ；流量100m3/h 为-4%。归纳上述，可知离心水泵的高 效区允许偏离最高效率规定点3 4%。泵规定点效率应达到的最低保证值”表10离心泵节能评价值泵类型Q(m3/h)节能评价值(%)单级单吸300n 1+1%单级双吸600n 1+1%多级离心泵100n 1+1%6.2选泵材料表应规定最低效率为采购到高效节能的优质水泵，设 计人员在列出设备材料表时，除需列出 Q、H、N外，还须注明其最低效率值， 建议按GB19762-2005规定中节能评价 值，列出设计选用水泵的效率值。参考文献1.同济大学流体力学教研室水泵1981年12月2 .清水离心泵能效限定值及节能评价值GB19762-20053. 离心泵效率 GB/T 13607-914. 关于水泵转速、效率、变频、并联影响的探讨 格兰富水泵公司曹林作者通讯处：上海江西中路246号五楼为了鉴定节能型水泵，该标准 5.3条还规定了节能评价值，见表10. 即“在标准规定测试条件下，节能联系电话13601875495由K箱 xinguo_ma