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实用、快速的水泵能耗在线估算

2017-06-27浏览次数:231

上海浦东威立雅自来水有限公司    冯雪松

  摘要: 根据物理概念推导出了水功率公式,根据所推导的公式,只要测得常规的水泵流量、扬程、耗电量,即可估算出机泵的运行效率。


  【关键词】 水泵 能耗 水功率公式 效率


  一、前言


  水泵是水行业中耗能最大的设备,在其使用寿命内,它所消耗能源的价值相当于本身价值的1~80倍,而一辆汽车在其使用寿命内,平均所消耗燃料的价值相当于本身价值。因此保持水泵经常性的在高效区间运行,准确掌握水泵运行工况对于供水可靠性和节能降耗有十分重要意义。下文介绍的是运行中的水泵,只要测得常规数据就能估算出水泵机组的能耗参数。


  二、水功率公式推导


  把一定体积的水在单位时间内提升到一定的高度,需要外界动力。现假设把提升液体所做的功


  W=VDgH                                (1)


  式(1)中V--液体的体积,单位为m3;

  D--液体的密度,单位为kg/m3;

  g--重力加速度,9.805m/s2;

  H-提升高度,单位为m。


  单位时间内所作的功为功率


  P=W/t=VDgH/t=QDgH (2)


  式(2)中Q--单位时间内的流量,单位为m3/s。


  在工程上常把Q以每小时的流量为单位,则式(2)成为


  P= HQ/(0.102×3600)= HQ/367.2  (3)


  式(3)是每小时提升某一水量至某一高度时的功率计算式,P称水功率或水马力。


  三、水泵能耗估算


  供水行业常用每千立方米的耗电量,或每千立方米/每兆帕的耗电量来衡量供水的单耗。


  1.每千立方米水的耗电量估算


  水泵输出每千立方米水所消耗的电量称为每千立方米水的耗电量。它表示电度表数除以流量。一般工业用的水泵运行效率都在ηp=80%以上,电动机效率ηm=90%以上。今取ηp=80%,ηm=90%,则提升1000m3/h水量的单耗


  P=HQ/(367.2ηpηm)=1000H/(367.2×0.8×0.9)=3.782H  (4)


  上式说明每千立方米的耗电量是正比于扬程的。若设出厂扬程为35m,则供1000 m3水的耗电量应不大于3.782×35=132.37kW·h。若实际供1000 m3水的耗电量大于此值时,则这台泵组的运行总效率小于ηpηm=0.8×0.9=0.72。水泵效率小于0.8,或电动机效率小于0.9。


  2.每千立方米水/每兆帕的耗电量估算


  每千立方米水单耗量是随扬程而变化的,不同扬程每千立方米的耗电量是不同的,因此只有在相同的扬程下作比较才有意义。这个单位扬程包括泵的进水扬程,亦称全扬程。


  现设泵组总效率 η=ηpηm=1,Q=1000m3/h,H=1MPa,则电源供给的电能


  PE=HQ/(3.6η)=1×1000/(3.6×1)=277.778           (5)


  这是一个很有用的估算值。一台水泵或一组泵群,在实际运行时的每千立方米/每兆帕的耗电量与277.778的比值,就是泵组的总效率。


  四、计算实例


  凌桥水厂出水泵房中有两台泵组在运行,运行记录见下表。22#泵:流量Q=4580m3/h,耗电量P=576kW ;27#泵:流量Q=7230m3/h,消耗功率P=888 kW 。出厂压力均为320KPa。

 


  注:吸水井水位至泵轴中心高度为2.05m,所有水头损失为0.80m。


  水泵吸入扬程是2.05+0.80=2.85m,将2.85除以102后为0.028MPa。水泵全扬程为0.32+0.028=0.348MPa。


  1)22#泵每千吨水/每兆帕耗电量=576/(4.58×0.348)=361.4 kW·h。


  所谓每千立方米/每兆帕的耗电量称为配水单位电耗。它表示电度表数除以流量再除以全扬程。


  2)27#泵每千吨水/每兆帕的耗电量=888/(7.23×0.348)=352.9 kW·h。


  因为效率为100%时的每千吨水/每兆帕的耗电量为277.778 kW·h, 22#泵组总效率为277.778/361.4=0.77。因为泵组总效率η=ηpηm,所以泵的效率Pη=0.77/0.92=0.84(设电动机效率ηm =0.92)。


  27#泵组总效率为277.778/352.9=0.79。泵的效率Pη=0.79/0.92=0.86(设电动机效率ηm =0.92)。


  五、结语


  评价水泵是否经济运行,要从整个系统去分析研究。供水管网的扬程和流量是时刻变化的,当系统发生变化时,水泵工况点就会发生变化。为了掌握水泵机组的运行工况,有许多测试方法,如水力学方法、热力学方法,水泵流量-扬程工作特性曲线的测试等等。在测试时,往往需控制阀门开启度及管道的切换,还需电气线路的连接,过程复杂。上述的测试方法其管路、电路不需任何变动,非常简单,特别适用有多台水泵的泵房,是一种即实用又快速的水泵能耗在线估算。需要注意的是,测试时水泵的进出水阀门必须处在全开状态,否则还得计及阀门的损耗。


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