泵原理與節(jié)能

ReducingFacilityEnergyCostsbyOptimizingPumpingSystems

通過優(yōu)化泵送系統(tǒng)降低設備的能源成本向文國

中國電機節(jié)能推廣專家組

教授

WorkshopTopics主要內容IntroductiontoEnergyConservationBenefitsEnergyBasicsHowElectricUtilitiesBillforEnergyPumpSystemFundamentalsSystemRequirementsPumpsMotors,DrivesandControls節(jié)能介紹效益能源基礎電能費用泵系統(tǒng)理論基礎

系統(tǒng)要求泵電動機，驅動及控制裝置WorkshopTopics主要內容CollectingPumpSystemData泵系統(tǒng)數(shù)據的收集PumpSystemElevations 泵系統(tǒng)標高NameplateInformation 銘牌信息FieldMeasurements 現(xiàn)場測量PumpSystemAnalysis泵系統(tǒng)分析CaseStudies 案例的研究分析IntroductiontoEnergyConservation

節(jié)能介紹financialandpollutionpreventionbenefitsofenergyconservation

節(jié)能的財務效益及環(huán)保效益

財務效益以某制藥廠為例：

一臺160kw

水泵，由于長期工作在低效區(qū)，經過高效改造，運行效率得到提高，年運行節(jié)約費用可達37萬元人民幣。情況比較普遍。環(huán)保效益SO2減排NOX減排CO2減排粉塵減排噪音等減排PumpSystemFundamentals

泵系統(tǒng)基本原理Thereareatremendousvarietyoffluidsystemswithequallyvariedpurposes

不同流體系統(tǒng)所泵送的流體可用于不同的使用場合Thepumpedfluidsupportsanotherproduct所泵送的流體被用作其它產品的介質HeatremovaloradditionPowergeneration 散熱或供熱

發(fā)電Thepumpedfluidistheproduct所泵送的流體即是產品本身Oiltransport Potablewater 油輸送

飲用水Thinkofthesystemrequirements,orultimategoalofthesystem,asaconsumer

作為用戶，需要考慮系統(tǒng)的各種要求,或系統(tǒng)的最終目標供電饋線變壓器電機斷路器/啟動器無極變速傳動裝置(電動)電機聯(lián)軸節(jié)泵系統(tǒng)流體最終目標Theelectricutilityisthesourceforthesupplyofenergyusedbytheconsumer.Buttherearemiddle-menallalongthesupplychain.Somealmostalwaysgiveagooddeal,butotherscanbedeceptiveifyoudon'tkeepacloseeyeonthem.用戶所使用的能量供應來自公用電力事業(yè)設施。但是供應鏈上存在許多中間環(huán)節(jié)。其中一些環(huán)節(jié)非常有利，但是其它環(huán)節(jié)帶有欺騙性，必須予以密切關注。Animportantconsideration:

Systemrequirementsmayvarywithtime

非常重要的考慮：系統(tǒng)要求可能隨時間而變化Seasonalloads(chilledwater,associatedtowerwater,etc).季節(jié)性負載(冷卻水,相關水塔等).Processesthatareshutdownovernightorduringweekends在晚間或周末需要停車的工藝設備。Potableandwastewater生活飲用水及廢水。EXAMPLES例如Annualflowfluctuationexample

年流量波動實例Averageflowrate平均流量Calendarmonth 月份123456789101112Wecansortthemonthsbyflowrate

我們可以通過流量變化對月份進行分類排列876951043111221Averageflowrate平均流量Calendarmonth 月份Dailyflowfluctuationexample

日流量波動實例Time 時間Flowrate流量12am6am12pm6pm12amThefluidsystem-itprovidesameansofdirectingandcontrollingflow,butataprice

流體系統(tǒng)——流量與壓力的關系Pressure 壓力"Systemcurve““系統(tǒng)特性曲線"Flowrate 流量Guesswhopaysthesystemprice--thepump

(butitjustpassesthecostalong….)

猜想由誰支付系統(tǒng)價格——泵(但是只需要將成本傳遞到….)"Pumpcurve“"泵特性曲線"Flowrate 流量Pressure 壓力Thepumpandsystemonlytransactbusiness

onepointatatime

泵及系統(tǒng)只在某一時間的一交點處運轉工作"Pumpcurve“"泵特性曲線""Systemcurve““系統(tǒng)特性曲線"OperatingPoint運轉工作點Flowrate 流量Pressure 壓力Themotor,yetanothermiddleman,passesthecostalongtothepowersupply

電機,還有其它中間環(huán)節(jié)，可以將成本傳遞到供電上Flowrate 流量Power 功率

Shaftpower軸功率Pumpfluidpower泵流體功率Electricpower電功率Motorefficienciesareessentiallyconstantovermuchofthemotorloadrange

電機效率在大部分電機負載范圍內都是恒定不變的100959085807570Efficiency,%效率,%1009080706050403020100Load,%rated負載,%額定負荷100hp

100馬力10hp10馬力Theadjustablespeeddrive,whenpresent,canhaveanimpactonthenatureofseveralelements供電饋線變壓器電機斷路器/啟動器無極變速傳動裝置(電動)電機聯(lián)軸節(jié)泵流體系統(tǒng)最終目標如果采用無極變速傳動,將對系統(tǒng)的許多構成環(huán)節(jié)的性質產生影響Combinedmotoranddriveefficiency:

Centrifugalloadsimulation

電機及驅動裝置的聯(lián)合效率（模擬離心負載）8884807672Combinedefficiency,%聯(lián)合效率,%1009080706050Speed,%rated 速度,%額定速度Average平均效率Best 最佳效率Worst 最差效率Note:Used50-hp(38kW),2-pole,standardefficiencymotor注：采用50-馬力(38kW),2-極,標準效率的電機Fluidsandfluidsystemsarealotlikepeople…..

流體及流體系統(tǒng)更有與人相似之處…..Theydependonanexternalpowersourcetogetthemstartedandkeepthemmoving流體系統(tǒng)利用外部能源啟動并使流體移動。Theyarehappiestwhentherearefewtwists,turns,suddenstopsandstarts流體及流體系統(tǒng)內部需要有非常少的曲折、回轉、突然停止和啟動。Theyareaffectedbywherethey’vebeen,wheretheyare,andwherethey’regoing流體及流體系統(tǒng)受其過去、現(xiàn)在和將來所處地點影響。Theyneedsomeboundariestobeeffective,butiftheboundariesaretootight,therewillbefriction(doesanyonehaveateenager?)流體必須受到某種程度的約束限制，但是如果限制太嚴厲，將出現(xiàn)流體動力摩擦(如同每個人處于十幾歲青少年階段的狀態(tài)，哪個人沒從該年齡段經過呢?)。

Pumpingsystemoptimizationconcepts

泵抽送系統(tǒng)優(yōu)化概念Properlysizesystemstomeetcurrentneeds正確配置系統(tǒng)規(guī)模以滿足當前要求。Avoidunnecessaryfrictionlosses防止不必要的流體動力摩擦損失。Balanceoperationwithactualneeds按照實際需要平衡運行。Itisimportanttoproperlymaintainsystems正確對系統(tǒng)進行維修保養(yǎng)。Pumpingsystemoptimizationconcepts

泵抽送系統(tǒng)優(yōu)化概念Lookforopportunitiestoreducespeed尋找降低速度的可能性。Limitthrottledflowcontrolandbypassflow對系統(tǒng)內節(jié)流控制和旁流進行限制。Applyspeedcontroldevices,suchasvariablefrequencydrives(VFDs),withcaution采用速度控制裝置,諸如變頻驅動(VFD)。Considermultiplepumpsforperiodicpeakdemands考慮采用多級泵配置以滿足周期性峰值的要求。-Prescreeningmotorsystems-

Findingtheeasierroadtogreatersavings

-預先篩查電機系統(tǒng)-

發(fā)現(xiàn)更能夠節(jié)約成本的更容易的途徑Primaryprescreening:

Thefirstpriorityistousecommonsense

主要篩查內容：可以優(yōu)先采用經驗常識進行篩查Turntheequipmentoffifitisn'tneeded如果不需要，關掉該設備。Focusonthelargeequipmentthatrunsalot重點關注經常運行的大型設備。Secondaryprescreening:...

輔助篩查內容:...Therearetwodifferentmethodsthatcanbeusedinsecondaryprescreening:輔助篩查可以采用兩種不同的方法進行:LookingatSymptoms查看征兆AnalysisoftheSystem對系統(tǒng)進行分析and/or和/或SYMPTOMS:Looking&Listening

征兆診斷:看&聽Somesymptomsofinterest:需要注意的一些征兆:Systemswiththrottledflowcontrolorbypassflowcontrol系統(tǒng)帶有節(jié)流控制或旁流控制。Thepresenceofsignificantcavitationnoise,eitheratthepumporelsewhereinthesystem在泵或系統(tǒng)的其它地方出現(xiàn)巨大的氣蝕噪音。Frequentpumpstartingandstopping

泵的頻繁啟停Multipleoperatingparallelpumps(wherethenumberofoperatingpumpsseldomchanges)多臺并行泵(在該地方運行泵的數(shù)目很少發(fā)生變化)。Acquiringinformationandanalyzing

獲得所需要的信息資料并進行分析Therealgoalbehindacquiringandanalyzingdataistoletusknowif:獲得并分析數(shù)據資料之后，我們的實際目標是了解是否：wesetthebigtable,butnooneiscomingtodinner2) 我們準備了大的餐桌，但是沒有人來此就餐。wearepouring20litersintoa10literbucket1) 我們正在將20升水倒入到10升桶中。OR或(Animbalancebetweenrequirementsandtheactualconditions)(在要求和實際條件之間存在不平衡)(Apumpthatisn'tproperlysizedfortheapplication)(規(guī)模上沒有正確滿足使用要求的泵)Observationsonsomeof

thepowertraincomponents

觀察了解一些能量鏈組成Utilitysystem-linelosses(wecannotdomuchaboutthat)Transformer-Veryefficient(typicallyupper90’s%)Breaker/starter-negligiblelossesAdjustablespeeddrive-Tobediscussed(briefly)Motor-Tobediscussed(briefly)Coupling-Theselossesshouldbeminor!Pump-TobediscussedSystem-TobediscussedUltimategoal-Tobediscussed供電系統(tǒng)–電力線路損失(不過多討論)變壓器–效率非常高(通常超過90%)斷路器/啟動器–損失可忽略不計無極變速傳動-待討論(簡單討論)電機-待討論(簡單討論)聯(lián)軸節(jié)–該部分損失應當是次要的!泵-待討論系統(tǒng)-待討論最終目標-待討論Understandtheultimategoal

理解最終目標Maximizetheoveralleffectiveness.使系統(tǒng)的總效率最大化.最終目標流體系統(tǒng)泵聯(lián)軸節(jié)電機無極變速傳動裝置(電動)電機斷路器/啟動器變壓器供電饋線Tooptimizethefluidsystem,itisessentialtounderstandtheultimategoalofthesystem

為了優(yōu)化流體系統(tǒng),有必要理解系統(tǒng)的最終目標Understandwhythesystemexists理解為什么該系統(tǒng)能夠存在。Haveclearlydefinedcriteriaforwhatisreallyneeded明確確定真正需要什么的標準。Understandwhat'snegotiableandwhat'snot理解什么需要探討，什么不需要。(Youcanonlypourjustsomuchwaterintoabucket)(您只需要在桶內倒入恰好這么多的水就可以了)“Mycupisoverflowing”(Overcapacity)

“我的杯子溢出了”(生產能力過剩)Heatexchangers熱交換器BuildingLoads建筑負載CoolingTower冷卻塔Demin.Waterpump(s)Demin.水泵Towerwaterpump(s)冷卻塔水泵77F(25C)82F(28C)79F(26C)77F(25C)Understandthefluidsystem

理解流體系統(tǒng)泵聯(lián)軸節(jié)電機無極變速傳動裝置(電動)電機斷路器/啟動器Maximizetheoveralleffectiveness.使系統(tǒng)的總效率最大化.最終目標變壓器供電饋線流體系統(tǒng)Thereareavarietyofprocessandcontroltypes

有各種各樣的工藝及控制類型Continuous連續(xù)型Batch批處理型Combination混合型Canbeeithersteadyorvariableflow可以選用穩(wěn)定流量或可變流量On/off 開/關Valvethrottling 閥門節(jié)流Bypassing 旁通Variablespeeddrive 變速驅動Combinations 混合型Processtypes:工藝類型:Controltypes:控制類型:Ideally,fluidmovementenergyrequirements

areproportionaltomassandhead

理想狀態(tài)下,流體移動的能量要求與質量和壓頭成比例能量要求=11770Nm,或2.81大卡

30升(30公斤)m(低于一個M&M)(=美國糖果)40mstatichead40米靜壓頭(lessthanoneM&M)(=Americancandy)Idealpowerdepends

onhowfastitismoved

理想狀態(tài)下所要求的功率取決于流體移動的快慢Powerrequired= 65watts所要求的功率=65瓦30升(30公斤)40min180seconds在180秒內壓頭達到40米Importantfundamentalrelationships

重要的基本關系式AND并且Reducetheruntime降低運行時間Reducetheflowrate 降低流量Reducethehead 降低壓頭Reduceenergyuse,cost降低能源消耗,成本}Fluidpower(W)=Q(m3/s)xH(m)xρx9.8or流體功率(瓦)=Q(米3/秒)xH(米)xρx9.8

或Fluidpower(kW)=Q(m3/hr)xH(m)xρ

?367or流體功率(瓦)=Q(米3/小時)xH(米)xρ

?367

或Fluidpower(kW)=Q(lit/s)xH(m)xρ

?102流體功率(瓦)=Q(升/秒)xH(米)xρ

?102Fluidenergy=Fluidpower?operatingtime流體能量=流體功率x

運行操作時間(ρ=specificgravity)(ρ=比重kg/m3)Howcloseistheactualsituationtoidealconditions?

實際情況與理想條件接近程度如何？650litersperpersonperday每人每天消耗650升水Requiredsupplypressure=35m(343kPa)所需要的供水壓力=35米(343千帕)Assumptions:假設:

Itlookslikeacityof200,000wouldrequireabout520kWofpotablewaterpumpcapacity那么200,000人口的城市需要大概520千瓦容量的飲用水泵。Whatpowerisrequiredtoprovidepotablewaterto200,000people?向200000人口提供飲用水需要多少動力?However,usingonesmallcityasanexample,theactualpowerrequiredwasover2500kW但是，以某一小城市為例，實際電能消耗需求超過2500kWClearly,theactualsituationdoesnotwork

likeouridealizedexample!Whynot?

非常明顯，實際情況與理想狀態(tài)不同，為什么呢?Moreflow,headthanneeded比所需要的更大的流量和壓頭要求。Processingplantrequirements工藝處理裝置的具體要求。Pipeandpipecomponentfriction管道及管道部件的流體動力摩擦。Pumpinefficiency泵的效率。Allsystemsarenotflateverywhere所有系統(tǒng)并不是到處都平滑無阻力。OK.....whicharemostimportant?好..…所有這些都是非常重要的?Totrytoanswerthis,itisusefultoreview

theenergyrelationshipsinfluids

為了解答該問題，有必要對流體當中的能量關系進行討論。Oneofthesinglemostimportantfluid

energyrelationshipswasidentifiedinthe1700’s

其中一個最重要的流體與能量關系在18世紀被確定Bernoulli伯努利Euler

歐拉ComponentSymbol 參數(shù)符號 Velocity(速度) VThecombinedenergy,orhead,associatedwiththefluidvelocity,pressure,andelevationalongafrictionlessstreamlineisconstant,eveniftheindividualcomponentsarenot.即使單獨部件不滿足該要求，無流體動力摩擦流線型裝置的相關能量,或壓頭,以及流體速度,壓力,及標高是恒定不變的。Pressure(壓力) PElevation(標高) ZBernoulli'sprinciple:Totalenergyis

constantalongafrictionlessstreamline

伯努利原理:流體沿無動摩擦流線型的總能量是恒定不變的=fluiddensity,kg/m3g=gravitationalacceleration,9.8m/sec2Note:Unitsareinmofhead=流體密度,千克/米3g=重力加速度,9.8米/秒2注：壓頭的單位是米。1++Z1

V12

P1

2g

g

()2++Z2

V22

P2

2gg

()=Example:Whatpumpdischargepressure

isneededtogetwatertothetankat(2)?

例如:需要什么樣的泵輸送壓力才能將水輸送到儲水池(2)當中?

Station蓄水站 1 2Velocity(m/sec) 3 0速度(米/秒)Pressure(kPa) ? 0壓力(千帕)Elevation(m) 0 15標高(米)2P1115mWecaneasilycalculatetheheadatTank2

我們可以輕易計算儲水池2的壓頭

Station蓄水站 1 2Velocity(m/sec) 3 0速度(米/秒)Pressure(N/m2) ? 0壓力(牛/米2)Elevation(m) 0 15標高(米)Station2totalhead:蓄水站2總壓頭:01000?9.8+(0)2

2?9.815+=15

m2P11Sincetheheadsatourtwopointsmustbeequal,

wecancalculatethepressureatpoint1

由于在兩點的壓頭必須相等,所以我們能夠計算點1的壓力Station1totalhead:蓄水站1總壓頭:

(3)2

P1

2?

9.8

9800++0=0.45+

P1

9800P1

=(15-0.45)?9800=142,590N/m2=143kPaor1.43barP1

=(15-0.45)?9800=142,590牛/平方米=143千帕或1.43巴2P1QQ1Notice:eventhough3m/secisarelativelyhighvelocity,thevelocityhead(0.45m)isverysmall.注意：即使3米/秒是相對高的速度，但流量壓頭(0.45米)也非常之小。Amorepracticalapplication,forour

purposes,istheventuriflowmeter

對于我們而言，更具有實際應用價值的是文丘里流量計V1,P1V2,P2V2isgreaterthanV1;thereforeP2islessthanP1V2

大于V1;因此P2

小于P1Nowforanextremelyimportantfeaturetounderstand:

Systemperformancecurves

至此需要理解的非常重要的特性是:

系統(tǒng)性能曲線Systemcurvesaremadeupoftwofundamental

components-thestaticheadandthefrictionalhead

系統(tǒng)特性曲線包括兩部分-靜壓頭及流體動力摩擦損失壓頭302520151050Head,m壓頭,米10008006004002000Static/Fixed流體靜力/固定系統(tǒng)Friction流體動力摩擦系統(tǒng)Total合計Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Illustrationoftwosystemtypes

兩個系統(tǒng)類型的圖解說明Mostlystatichead主要靜壓頭Allfrictionalhead只有流體動力摩擦損失壓頭Somesystemexamples

系統(tǒng)實例Staticheaddominatedsystemsinclude:靜壓頭起決定性作用的系統(tǒng)包括:Coolingtowerpumpsystems冷卻塔泵送系統(tǒng)Influentpumpsystemsatwastetreatmentplants污水處理裝置的注水泵系統(tǒng)。Mostly/completelyfrictionalsystemsinclude:大部分/全部為流體動力摩擦系統(tǒng)包括:Closedcyclecoolingwatersystems封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)Returnactivatedsludgepumpsystemsatwastetreatmentplants在污水處理裝置回收淤漿泵系統(tǒng)Firstletuslookatsystemsthat

haveonlystatichead(i.e.,nofriction)--

liketheexamplewherewepumpedwater

fromonetanktoanother

首先了解只具有靜壓頭(也就是說無流體動力摩擦)的系統(tǒng)——

類似于將水從一個儲水池泵送到另外一個儲水池的例子。Thestaticheadcomponentdoesnotchangewithflowrate--threestaticheadcurves

靜壓頭不隨流量變化——三條靜壓頭特性曲線302520151050Head,m壓頭,米10008006004002000Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Sincehydraulicpowerisproportionaltoflowratetimes

head,theidealpowerrequiredincreaseslinearlywithflow

由于流體功率與流量和壓頭成比例，所以

所要求的理想功率水流量線性的增加。706050403020100Fluidpower,kW流體功率,千瓦1000800600400200015m20m25mFlowrate,m3/hr流量,米3/小時Butwhataboutreality?

但是實際情況怎么樣呢?Intherealworld,frictionexists(bothwithinthefluiditselfandbetweenthefluidandpipewalls).在自然界當中,存在流體動力摩擦(既存在流體本身內部，也存在于流體與管道壁之間).SohowmuchdoesfrictioncausetherealworldtodeviatefromtherelationshipsoftheBernoulliprinciple?因此流體動力摩擦使實際情況與伯努利原理關系偏離到何種程度？Itdepends.Sometimesalittle,sometimesalot.在實際系統(tǒng)當中，流體動力摩擦的影響有時非常小，有時非常大Wecanslightlymodifythe

Bernoulliequationtoaccountforfriction:

我們可以輕微修改伯努利方程式來計算流體動力摩擦:12++Z1=

V12

P1

2gg()++Z2

V22

P2

2gg()Hydraulicenergyatpoint2isloweratpoint1becauseofthefrictionloss,sowebalancetheequationbyaddingithere由于流體動力摩擦損失，在點2的流體動力能量低于點1的流體動力能量，因此我們在這里增加該項來平衡此方程式。+hf

Whataresomesourcesof

frictioninpumpingsystems?

在泵抽送系統(tǒng)當中什么是產生流體動力摩擦的根源?Pipewalls 管道內壁Valves 閥門Elbows 彎頭Tees 三通Reducers/expanders 變徑接頭Expansionjoints 膨脹節(jié)Tankinlets/outlets 容器進口/出口(Inotherwords,almosteverythingthatthepumpedfluidpassesthrough,aswellasthefluiditself)(換句話說，幾乎所泵送流體經過的所有物體，以及流體本身都是產生流體動力摩擦的根源)。First,wewilldiscussfriction

lossconsiderationsinpipingitself

討論管道系統(tǒng)本身所造

成的流體動力摩擦損失Pipefrictionlossestimatesareusuallybased

onanequationreferredtoasDarcy-Weisbach

管道流體動力摩擦損失的評估

通常根據達西-威斯巴克方程式確定Thisequationisveryusefulinunderstandingwhichparametersinfluencefrictionlossesinpiping:對于理解影響管道流體動力摩擦損失的參數(shù)，下面的該方程式是非常有用的。

hf

= pressuredropduetofriction(ft) f = Darcyfrictionfactor L = pipelength(ft) d = pipediameter(ft) = velocityhead(ft)hf=f??LdV22gV22g

hf

= 由于流體動力摩擦(英尺)產生的壓力降 f = 達西流體動力摩擦系數(shù) L = 管道長度(英尺) d = 管道直徑(英尺) = 流量壓頭(英尺)V22gThefrictionfactoriswhatcouldbecalleda

fudgefactorthataccountsforavarietyofeffects

流體動力摩擦系數(shù)被稱為插入系數(shù)用來計算各種影響因素fhf=

??V22gLdThefrictionfactor,f,isaffectedby:theroughnessofthepiping,theviscosityofthefluidbeingpumped,thesizeofthepiping,andthevelocityofthefluidff流體動力摩擦系數(shù)f受如下因素影響：管道的粗糙程度。

所泵送流體的粘度。管道的尺寸規(guī)格。以及流體的流動速度。Nowwewilldiscusspipingcomponents

andtheireffectonfrictionallosses

管道部件及其對

流體動力摩擦損失的影響Pipingcomponentfrictionlossesarealso

primarilydependentonexperimentaldata

管道部件的流體動力摩擦損失也主要取決于實驗數(shù)據Forpipecomponents,frictionlosseshavegenerallybeenestimatedbasedonthevelocityhead.對于管道部件,流體動力摩擦損失通常根據流量壓頭進行評估。hf=K?V22gK = Losscoefficient

損失系數(shù) = velocityhead

流量壓頭Kisafunctionofsize,andforvalves,thevalvetype,andvalve%open.K是尺寸的函數(shù),取決于閥門,閥門類型,及閥門開度占全開位置的百分比。V22gSometypicalKvaluesfor

miscellaneouspipecomponents:

用于各種管道部件的一些典型K值:Component ComponentK管道部件

管道部件K值90°elbow,standard90°標準彎頭 0.2-0.390°elbow,longradius90°長徑彎頭 <0.1-0.3Square-edgedinlet(fromtank)方邊進口(容器) 0.5Dischargeintotank容器出口 1Checkvalve止回閥 2Gatevalve(fullopen)閘閥(全開) 0.03-0.2Globevalve(fullopen)球形閥(全開) 3-8Butterflyvalve(fullopen)蝶閥(全開) 0.5-2Ballvalve(fullopen)球閥(全開) 0.04-0.1Systemperformancecurves

foranallfrictionalsystem

系統(tǒng)性能曲線

用于所有流體動力摩擦系統(tǒng)Ashasbeendiscussed,frictionallossesare

proportionaltothesquareofthevelocity,orflowrate

如前面所討論的,流體動力摩擦損失與流速或流量的平方成比例1086420Head,m壓頭,米10008006004002000Doublingtheflowratequadruplestheheadloss如果流量加倍，那么將產生四倍的壓頭損失Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Thefrictionallossesnaturallydropaspipesizeisincreased

30mofnewpipe(nominalpipediametersinmm)

當管道尺寸增加時，流體動力摩擦損失自然降低1.00.20.0Headloss,m壓頭損失,米500040003000200010000Flowrate,m3/hr3004005006007509001m/s1.5m/s2m/s流量,米3/小時Frictionalpoweris~proportionaltotheflowcubed:

30mofnewpipe

流體動力摩擦功率與流量的立方成比例43210FrictionalkW流體動力摩擦功率千瓦5000400030002000100003004005006007509001m/s1.5m/s2m/sFlowrate,m3/hr流量,米3/小時Headlossin300-mmbutterflyvalvesasafunctionofflowrateandvalveposition

300毫米蝶閥的壓頭損失與流量和閥門位置的函數(shù)關系曲線3.02.52.01.51.00.50.0Headloss,m壓頭損失,米100959085807570Valveposition,%open閥門位置,%全開位置800m3/hr100m3/hr400m3/hr1000m3/hrPowerlostduetofrictionin300-mmbutterfly

valvesasafunctionofflowrateandposition

300毫米蝶閥的流體動力摩擦所造成的功率損失與流量和閥門位置之間的函數(shù)關系曲線86420FrictionalkW流體動力摩擦功率千瓦100959085807570Valveposition,%open閥門位置,%全開位置800m3/hr100m3/hr400m3/hr1000m3/hrHeadlossforthreetypesof300-mm

controlvalvesat500m3/hr

三種類型的300毫米控制閥門在流量為500米3/小時的壓頭損失4.03.02.01.00.0Headloss,m壓頭損失,米100959085807570Valveposition,%open閥門位置,%全開位置Linearglobevalve線性球形閥Butterflyvalve蝶閥Ballvalve球閥"Passive"elements,suchascheckvalves,

canalsohavesignificantheadlosses

“被動”部件,諸如止回閥門，也能夠造成重大的壓頭損失(For300-mmswingcheckvalve(losscoefficientof2assumed)(300-毫米回轉止回閥門(假設損失系數(shù)為2)0.0Headloss,m壓頭損失,米6005004003002001000Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Actualsystemsrangefromallfrictional

tosystemsthataredominatedbystatichead

靜壓頭起決定作用的所有流體動力摩擦實際系統(tǒng)的范圍Wewillestablishthreeexamplesystemcurvestobeusedthroughouttherestofthispresentation:我們將建立三種實例系統(tǒng)特性曲線，貫穿使用于本演示的其余部分：Allfrictionalheadsystem只有流體動力摩擦損失壓頭系統(tǒng)Systemwithamixtureofstaticandfrictionalhead系統(tǒng)帶有流體靜力和流體動力摩擦損失壓頭Systemwithpurestatichead系統(tǒng)只帶有靜壓頭(Note:thecolorschemeusedforthethreesystemtypeswillbeusedthroughout)(注：三種系統(tǒng)類型所采用的顏色將在整個內容貫穿使用)(Theworkingfluidwillbeambienttemperaturewater)(工作流體是環(huán)境溫度下的水)Systemheadcurvesforallfrictional,

allstatic,andcombinedstaticandfrictionsystems

所有流體動力摩擦,流體靜力和綜合流體靜力和流體動力摩擦系統(tǒng)的系統(tǒng)壓頭特性曲線50403020100Head,m壓頭,米10008006004002000Staticandfriction流體靜力和

流體動力摩擦系統(tǒng)Frictiononly僅限于流體動力摩擦系統(tǒng)Staticonly僅限于流體靜力系統(tǒng)Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Theidealinputhydraulicpowerisproportional

totheproductofthesystemheadandcapacity

理想輸入流體功率與系統(tǒng)壓頭和容量成比例100806040200Fluidpower,kW流體功率,千瓦10008006004002000Staticandfriction流體靜力和

流體動力摩擦系統(tǒng)Frictiononly僅限于流體動力摩擦系統(tǒng)Staticonly僅限于流體靜力系統(tǒng)Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Workingourwayfromthewatertothewallet

排除困難，尋求節(jié)約水泵送能量的有效方法Andfinally,thecostofrunningthemotor=Motorinputpower·operatinghours·perunitelectricitycost最終，電機運行成本=電機輸入功率

x

運行小時x每套裝置的電力成本MotorPump電機輸出功率

電機效率電機輸入功率(kwe)=流體功率泵效率泵輸入功率(千瓦)=(或電機輸出)米3/小時x米x

比重367流體動力(千瓦)=Combiningalltherelationshipsforwater….

結合所有各個方面的關系….Ifweputthatalltogether,thecostofpumping=m3/hr·m·hoursofoperation·cents/kwhr367·pumpefficiency·motorefficiencyAkilowattinthewaterisworth1.3to2kilowattsonthewire!!!每千瓦水相當于1.3到2千瓦電網線路的電力。IMPORTANT:重點:如果我們將各種關系放在一起：水的泵送成本=米3/小時x

米x

操作運行小時數(shù)x

美分/千瓦時367x

泵效率x

電機效率Sowithsomeassumptions,wecanconvert

flowrateandheadintoRMB:

因此從某種意義上說，我們能夠將流量及壓頭轉換成人民幣:0.83RMB/kwhrcombinedpump&motorefficiency=70%8760hours/yearoperation(100%)0.83元人民幣/千瓦時泵&電動機聯(lián)合效率=70%8760小時/年運行(100%)Justlikepower,thecostincreaseslinearlywithflowrateforpurelystaticheadsystems

對于單純靜壓頭系統(tǒng)，正如同功率一樣，成本隨同流量線性增加Combinedpump&motorefficiency=70%泵&電機的聯(lián)合效率=70%8306644983321660Annualcost,RMB1,000’s年成本,RMB1,000’s1000800600400200015m20m25mFlowrate,m3/hr流量,米3/小時4150033200249001660083000Annualfrictionalcost,RMB年流體動力摩擦損失成本,RMB500040003000200010000Annualfrictionalcostsof30metersofclean,newpipe

@0.83RMB/kWh,70%combinedmotor&pumpefficiency

30米干凈，全新管道的年流體動力摩擦損失成本

@0.83元人民幣/kWh,電機&泵聯(lián)合效率的70%3004005006007509001m/s1.5m/s2m/sFlowrate,m3/hr流量,米3/小時Frictionalcostcomparison:300-mmpipeandvalves

流體動力摩擦損失成本對比:300-毫米管道及閥門0.83RMB/kwh,combinedpump&motorefficiency=70%0.83RMB/千瓦小時,泵&電機聯(lián)合效率=70%830066404980332016600Annualcost,RMB年成本,RMB6005004003002001000Checkvalve(k=2.0)25mpipe(300-mm)ButterflyValve蝶閥止回閥(k=2.0)25米管道(300-毫米)Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Annualcostforthethreesystemscase

三種系統(tǒng)的年成本0.83RMB/kwh,combinedpump&motorefficiency=70%0.83RMB

/千瓦小時,泵&電機聯(lián)合效率=70%9968306644983321660Annualcost,(RMB1,000’s)年成本,(RMB1,000’s)10008006004002000Flowrate,m3/hrStaticandfriction流體靜力及流體動力摩擦系統(tǒng)Frictiononly僅限于流體動力摩擦系統(tǒng)Staticonly僅限于流體靜力系統(tǒng)流量,米3/小時Backtothethreebasicprinciplesto

minimizingfluidsystemenergyrequirements

三種基本原理使流體系統(tǒng)的能量要求最小TReducetheruntimeReducetheflowrateReducetheheadReduceenergyuse,costButhowdowedothat?但是我們怎樣才能夠做到呢?}降低運行時間降低流量降低壓頭降低能量消耗,成本}THowdowereduceruntime,head&flowrate?

我們如何降低運行時間,壓頭&流量?avoidexcessivevalveandotherfrictionlosses防止過多的閥門及其它流體動力摩擦損失keeppipingsystemflushedandclean保持對管道系統(tǒng)的沖洗并保持清潔keepflowratessteady-minimizinghighflowrateswings保持流量的穩(wěn)定-最大限度的降低高流量波動meetthesystemneedsandnomore恰當滿足系統(tǒng)的要求Cleaningoutthepipe….Piggingdevicesareavailablecommerciallyforpipecleaning

清潔管道….可以利用清管球裝置對管道進行商業(yè)化清洗Source: /PictureGallary.htm來源: /P000305.jpgSomemorepigginginformation….

更多有關清管信息….Sources: /services.htm來源: /images/pigsmain.jpgUnderstandingthepump

對泵的了解Maximizetheoveralleffectiveness使系統(tǒng)的總效率最大化供電饋線變壓器電機斷路器/啟動器無極變速傳動裝置(電動)電機聯(lián)軸節(jié)泵流體系統(tǒng)最終目標Pumpscanbegenerallyclassified

intothefollowingcategories

通常情況下，泵能夠被分為如下類型PumpTypes泵類型DynamicPumps動力泵DisplacementPumps活塞泵EndSuctionCentrifugal 單側吸入離心泵SplitCase 分體泵VerticalTurbine 立式渦輪泵SpecialPumps 特種泵?JetPumps 噴射泵?Regenerativeturbines 再生渦輪泵?VortexPumps 渦流泵Reciprocating 往復式Rotary 旋轉式?Piston 活塞泵?Diaphragm 隔膜泵?ProgressiveCavity 螺桿泵?MultipleGear-Lobe 多齒葉泵?Peristaltic 蠕動泵DifferencebetweenDynamic

andDisplacementPumps

動力泵與活塞泵之間的差異DynamicPumps(typicallycalledcentrifugalpumps)arepumpsthatrequireenergytobeaddedcontinuously動力泵(通常被稱作離心泵)是一種需要連續(xù)添加能量的泵。DisplacementPumpsarepumpswhereenergyisaddedperiodicallytoasetvolumeofwater活塞泵是一種需要周期性添加能量到設定的水容量的泵。OurFocusWillBeonDynamicorCentrifugalPumps

我們將關注動力泵或離心泵Withinthecentrifugalpumpcategory,there

aremultiplesubcategories

各種離心泵還可以細分為多種多樣的子類Impellergeometry(i.e.,radial,mixed,axialflow)葉輪幾何結構(例如徑流式，混合式，軸流式)Impellersidewall(open,semi-open,closed)葉輪側壁(全開，半開，關閉)Suction(singleordouble)吸入類型(單吸或雙吸)Stages(singleormultiple)分級(單級或多級)Collector(voluteordiffuser)收集器(渦殼或擴散體型)Orientation(verticalorhorizontal)方位(立式或臥式)etc.,etc.等等Thegeneralimpellergeometrysuggeststhegeneralheadandflowrelationship(andvice-versa)

一般情況下，葉輪的幾何尺寸能夠表示總壓頭與流量的關系(反之亦然)Radialflow徑向流動Axialflow軸向流動FrancisvaneormixedflowFrancis葉片或混合流動方向Typicalpumpnameplateinformation

典型泵銘牌信息資料Flowrate(m3/hr)流量(米3/小時)Head(m)壓頭(米)Rotatingspeed(rpm)轉速(轉數(shù)/分)Power(shaftkW)功率(軸功率，千瓦)Nameplatedataappliesto

oneparticularoperatingpoint

銘牌數(shù)據適用于一特定的運行工作點50403020100Head,m壓頭,米10008006004002000Flowrate,m3/hrRated:715m3/hr,30m額定值：715米3/小時,30米Head-capacitycurve壓頭-流量能力特性曲線流量,米3/小時Anothercharacteristiccurveofinterestisthe

shaftpowerasafunctionofflowrate

其它典型特性曲線是當軸功率作為流量的一個函數(shù)的情況50403020100Head,m壓頭,米10008006004002000100806040200Shaftpower,kW軸功率,千瓦Headcurve壓頭特性曲線Shaftpowercurve軸功率特性曲線Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Pumpcurveshapesvary:

Headcurvesfortwopumpdesigns

泵特性曲線形狀變化：兩臺泵的壓頭特性曲線50403020100Head,m壓頭,米10008006004002000Pump2泵2Pump1泵1Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Shaftpowercurvesforthetwopumps

兩臺泵的軸功率特性曲線100806040200Shaftpower,kW軸功率,千瓦10008006004002000Pump1泵1Pump2泵2Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Andfinally,efficiencycurvesforthetwopumps

最終,得到兩臺泵的效率特性曲線100806040200Efficiency,%效率,%10008006004002000Pump2泵2Pump1泵1Flowrate,m3/hr流量,米3/小時Nowwewillconnectapumptoasystem

現(xiàn)在我們可以將泵連接到系統(tǒng)當中Theintersectionbetweenthepumpandsystemheadcapacitycurvesdefinestheoperatingpoint

泵與系統(tǒng)壓頭能力特性曲線之間的交點確定了運行工作點5040302010