水泵系统节能培训课件.ppt
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- 水泵 系统 节能 培训 课件
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1、 1泵系统节能培训泵系统节能培训 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 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 41.1.泵的应用泵的应用l工业领域:泵系统耗电占工业系统能耗20%以上。l商业领域:供热、通风、空调(HVAC)。l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%
2、。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 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 7 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,泵系统是结果,泵系统是美
3、国工业系统能效提高存在机会最大的领域,大量案例显示: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:通过较好的系统设计和对现有系统进行优化,可以实现通过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会。节能机会。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%,而整个系统的效率同
4、比低而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试分析基础上,应用最合适的手段对泵系统进行优化,可地测试分析基础上,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 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
5、律 91.1.泵的分类泵的分类 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!l 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l 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 112.2.泵的主要性能参数泵的主要性能参数 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
6、/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 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
7、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。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
8、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。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
9、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。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)(N
10、PSHA)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
11、会出现汽蚀现象。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 184.4.离心泵离心泵 19q离心泵分类离心泵分类l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)l叶片侧壁(全开、半开、封闭)叶片侧壁(全开、半开、封闭)l吸入类型(单吸或双吸)吸入类型(单吸或双吸)l级数(单极或多极)级数(单极或多极)l收集器(涡壳或扩散体形)收集器(涡壳或扩散体形)l方位(立式或卧式)方位(立式或卧式)2020径流泵径流泵混流泵混
12、流泵轴流泵轴流泵 21r离心泵扬程和流量的关系离心泵扬程和流量的关系l泵增加了压力(能量)到流体上泵增加了压力(能量)到流体上l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 l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。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 2350403020100扬程扬程,m10008006004002000流量流量,m3/h100806040200轴功率
13、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 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1 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 2 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 27020406080100120
14、140160180200050100150200250 Flow(GPM)Head (Feet)300BHP 48 0Efficiency(%)60504030201070Performance CurveBHP 0Efficiency12BEP16扬程(ft)流量(GPM)效率(%)性能曲线效率曲线离心泵性能曲线 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 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,m1000
15、8006004002000 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 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 31jstatsystHHH 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两者两者之和。之和。32 首先让
16、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。33r系统静扬程系统静扬程hgppHABstatp 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)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 35由于水功率与流量成正比,所以理想状态下功率随流
17、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 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。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 (
18、)+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 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)(39r系统阻力扬程系统阻力扬程jsjfjHHHH 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
19、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 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 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 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
20、=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 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 9090 0.2-0.30.2-0.39090长径弯头长径弯头 9090 0.1-0.3 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(
21、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 442QCHHHHstatjstatsyst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 467.7.相似定律相似定律当转速改变时性能参数的换算 00nnQQ200nnHH300nnNN当密度改变时性能参数的换算 10QQ10HH00NNQ流量 H扬程 N功率 n转速 密度 47四、泵系统的设计和运行四、泵系统的设计和运行
22、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 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: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。502.2.泵的选型泵的选型多级动力式泵双吸单级
23、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 51020406080100120140160180200050100150200250Flow(GPM)Head(Feet)3x2-83x1.5-63x1.5-42x1-62x1-52x1-45x3-84x1.5-64x2-96x4-86x4-7压头(ft)流量(GPM)离心泵系列型谱 52020406080100120140160180200050100150200250Flow(GPM)Head(Feet)8”76%5”6”7”78%4”74%Iso-efficiency linesHead/flow curve
24、sImpeller Sizes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”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。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
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