CN103742425A - 水循环系统节能修正方法 - Google Patents

Abstract

一种水循环系统节能修正方法，先测定泵的特性曲线，根据泵关死点扬程H’，流量Qb，扬程Hb，确定水泵的特性曲线上的交点b，根据泵所配电机的额定点c点确定实际所需流量Qc，流量Qc与扬程Hb的交点为c’，即为该设备节能改造的最优工况点。本发明根据特性曲线选择设备节能改造的最优工况点，结合现场实际情况，修正原系统中的不利及不合理的因素，提高系统的输送效率，达到节能降耗的目的。本发明适用于水循环系统节能修正方法。

Description

水循环系统节能修正方法

技术领域

本发明属于水泵应用领域，特别涉及到水循环系统节能修正方法。 

背景技术

目前，水循环系统普遍存在以下问题：水泵不在其原设计的最优工况点使用，震动大、噪音大、甚至会出现水泵输出的轴功率大于所配电机的功率，引起电机烧蚀，一般通过设计时放大系数使水泵在所配电机的额定点工作。采用这种办法虽然保证了泵的正常运行，但出现了设计扬程过高，实际使用会出现低扬程、大流量、低效率、高能耗的情况。 

发明内容

本发明要解决上述技术问题。 

本发明是这样实现的：一种水循环系统节能修正方法，其特征在于：先测定泵的特性曲线，根据泵关死点扬程H’，流量Qb，泵的扬程Hb，确定水泵的特性曲线上的交点b，根据泵所配电机的额定点c点确定实际所需流量Qc，流量Qc与扬程Hb的交点为c’，即为该设备节能改造的最优工况点。 

$Z_1+\frac{P_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{u^2}{2g}+H=Z_2+\frac{P_2}{\mathrm{\ρg}}+\frac{u^2}{2g}+\mathrm{\Σ}{h}_{f(1-2)}$

所述的测定泵的特性曲线采用以下计算公式： 

1)、扬程H的确定：在泵的吸入口和压出口之间列伯努利方程 ；由于两点之间管路很短，摩擦阻力损失可以忽略。又可认为流速相等。故有， 

H——泵的扬程（m）； 

P1——泵进口真空度（Pa）； 

P2——泵出口处液体的压力（Pa）； 

u——流体在泵进出口处的流速（m／s）； 

Z1——进口真空表安装高度（m）； 

Z2——出口压力表安装高度（m）； 

ρ—N＝N_电×k—液体密度1×10³(kg／m³）； 

g——重力加速度9.8（m／s²）； 

2）、轴功率的计算： 

N——轴功率（KW）； 

N_电——电功率表显示值（KW）， 

k——电机传动效率，可取k=0.82； 

3）、轴效率η的计算： 

泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值，有效功率Ne是单位时间N_e＝ρgQH内流体质量流量经过泵时所获得的实际功率，轴功

率N是单位时间内泵轴从电机得到的功率，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小，泵的有效功率Ne可用下式计算： 

Ne——有效功率（KW）； 

$H=(Z_1-Z_2)+\frac{P_2-P_1}{\mathrm{\ρg}}$ N——轴功率（KW）； 

η——轴效率； 

ρ——液体密度1×10³（kg／m³）； 

g——重力加速度9.8（m／s²）； 

Q——流量（m³/h）； 

H——泵的扬程（m）； 

4）、转速改变时的计算： 

$Q_1=Q\frac{n_1}{n}:H_1=H{\left(\frac{n_1}{n}\right)}^2:N_1=N{\left(\frac{n_1}{n}\right)}^3$

泵的特性曲线是在一定转速下的实验测定所得，但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n1下，取离心泵的额定转速2900rpm，计算公式如下： 

Q₁——在额定转速2900rpm下的流量（m³/h）； 

Q——流量（m³/h）； 

n——实测转速（rpm）； 

n₁——额定转速2900（rpm）； 

H——泵的扬程（m）； 

H₁——在额定转速2900rpm下的扬程（m）。 

所述测定泵的特性曲线测绘的操作步骤如下： 

1）、离心泵在启动前应灌泵排气； 

2）、仪表自检，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转的声音正常、离心泵运转的方向正确为合格； 

3）、离心泵要在出口阀关闭的情况下启动，开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀； 

4）、测试时，通过仪表、仪器逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从0m³/h逐渐增大到70m³/h，每次增加10m³/h，在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读取相应数据，离心泵特性测试主要需获取的测试数据为：流量Q、泵进出口压力、输入功率、泵转速n，两测压点间高度差Z₀为2m； 

5）、先关出口阀再停车； 

6）、将数据转换到同一转速下，把所得到的点用一根光滑的曲线连接起来，就得到了该转速下的原设计特性曲线H-Q，原泵功率特性曲线P-Q，效率流量曲线Eff-Q。 

所述的设备节能改造的最优工况点，是指对设备进行节能改造后，根据测定泵的特性曲线采用的计算公式、测绘的操作步骤，得到测定泵修正后特性曲线H-Q（502），采取通过调整阀门开口大小、采取更换水泵及电机、重新设计更换原有叶轮的方法，可以采用三种方法中的一种或几种的组合来实现。 

本发明根据特性曲线选择设备节能改造的最优工况点，结合现场实际情况，修正原系统中的不利及不合理的因素，提高系统的输送效率，达到节能降耗的目的。 

附图说明

图1为本发明实施例一的仪器仪表安装示意图。 

图2为本发明实施例一测绘的性能曲线图。 

图3为本发明实施例二的系统运行图。 

图4为本发明实施例三的系统运行图。 

图5为本发明实施例四的系统运行图。 

图6为本发明结构的性能曲线图。 

图中：101、水槽；102、手动截止阀；103、温度计；104、流量计；105、压力表；106、功率表；107、变频器；108、泵；109、放气阀；110、真空表；111、放尽阀；112、过滤器；201、冷却塔；202、浊环热水池；203、截止阀；204、水泵A；205、压力表A；206、止回阀；207、截止阀A；208、截止阀B；209、水泵B；210、截止阀C；211、水泵C；301、旋流井；302、水泵D；303、水泵E；304、截止阀D；305、水泵F；306、水泵G；401、浊环冷水池；402、使用设备；403、压力表B；404、截止阀E；405、压力表C；406、过滤器；407、截止阀F；408、水泵H；409、压力表D；410、水泵I；501、原设计特性曲线H-Q；502、修正后特性曲线H-Q；503、原泵功率特性曲线P-Q。 

具体实施方式

下面结合以下实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限制： 

实施例一、请参照图1、图2和表1，水从水槽101中抽出，经过滤器112、泵108、流量计104、手动截止阀102流回水槽101，水槽101上的放尽阀111关闭；泵108进口处安装真空表110，出口处安装压力表105、温度计103。根据测出的流量Q、轴功率N、转速n、进口真空表P1和出口压力表P2的值算出H、η并作H～Q、N～Q、Eff-Q图。 

表1 

实施例二、请参照图3和表2，某钢厂浊环水系统中的浊环上塔泵节能修正方法。该系统中共配备水泵为3台，运行方式为两用一备，水泵结构为卧式单级双吸泵，在标高0米的位置；浊环热水池202在标高3米的位置；冷却塔201在标高8米的位置。系统运行时，水从浊环热水池202流出，经过截止阀203、水泵、止回阀206、截止阀，最后被送到高处的冷却塔201。除截止阀B208关闭，截止阀A207和 

截止阀C210开启15%外，其余的截止阀均100%开启；水泵A204的运行压力0.35MPa，运行频率50Hz，功率106KW；水泵C211的运行压力0.35MPa，运行频率50Hz，功率103KW；备用水泵B209停运。测试外界温度35℃，原水泵铭牌参数为：流量Q=1260m³/h，扬程H=26m，配套电机为4P-132KW。 

表2 

通过测定原设计特性曲线H-Q501并得到节能改造的最优工况点，结合现场实际分析得出，该系统存在人为的增加阻力来实现整个系统的平衡，实际整个系统需要流量为1570m³/h，实际所需扬程为水头压差加上管损取为10m，而该系统原设计过程过于增加系数，偏离实际工况点，只能通过调整阀门的方法来实现实际需求。 

得出上述结论后，重新设计或选型参数：流量Q=785m³/h，扬程H=10m，为节约成本，电机无需更换，水泵结构不变。请参照图3和表3，改造后截止阀A207和截止阀C210均开启100%，系统的运行压力0.35MPa，运行功率65KW，节电率68.9%。测定节能改造修正后特性曲线H-Q502，它与测定原设计特性曲线H-Q501间存在节能区域。 

原运行功率	现运行功率	节电率	年节电量
				209KW	65KW	68.9%	120KW·h

表3 

实施例三、请参照图4和表4，某钢厂浊环水系统中的旋流井提升泵节能修正方法。该系统中共配备水泵为4台，运行方式为三用一备，水泵结构为立式无密封自控自吸泵，在标高-1米的位置；旋流井301在标高-5米的位置；浊环热水池202在标高3米的位置。系统运行时，水从旋流井301抽出，经过截止阀203、水泵、止回阀206、截止阀，最后被送到高处的浊环热水池202。除截止阀D304关闭，其余的截止阀均100%开启；水泵D302的运行压力0.13MPa，运行频率30Hz，功率75KW；水泵E303的运行压力0.13MPa，运行频率30Hz，功率73.3KW；水泵G306的运行压力0.13MPa，运行频率30Hz，功率74.3KW；备用水泵F305停运。测试外界温度35℃，原水泵铭牌参数为：流量Q=830m³/h，扬程H=42m，配套电机为4P-220KW。 

表4 

该系统运行水泵通过变频的方法使得整个系统的平衡，这种方法虽然能够节约耗能，但是水泵效率太低，治标不治本的做法。 

通过测定原设计特性曲线H-Q501并得到节能改造的最优工况点，结合现场实际分析得出，为保证整个水系统的平衡，该系统需要 流量为1570m³/h，实际所需扬程为水头压差加上管损取为15m，而该系统原设计过程过于增加系数，偏离实际工况点，只能通过调整频率等方法来实现实际需求。 

得出上述结论后，重新设计或选型参数：流量Q=525m³/h，扬程H=15m，更换水泵及电机，水泵结构为立式高效型自控自吸泵，电机配套功率为4P-30KW。请参照图4和表5，改造后，系统的运行频率50Hz，运行功率85.5KW，节电率61.6%。测定节能改造修正后特性曲线H-Q502，它与测定原设计特性曲线H-Q501间存在节能区域。 

原运行功率	现运行功率	节点率	年节电量
				222.6KW	85.5KW	61.6%	120KW·h

表5 

实施例四、请参照图5和表6，某钢厂浊环水系统中的浊环低压泵节能修正方法。该系统中共配备水泵为2台，运行方式为一用一备，水泵结构为卧式单级双吸泵，在标高0米的位置；浊环冷水池401在标高3米的位置；使用设备402在标高5米的位置。系统运行时，水从浊环冷水池401流出，经过截止阀203、水泵、止回阀206、截止阀，最后被送到高处的使用设备402。除截止阀F407关闭，截止阀E404开启30%，其余的截止阀均100%开启；水泵I410的运行压力0.62MPa，运行频率50Hz，功率160KW；水泵H408停运。测试外界温度35℃，原水泵铭牌参数为：流量Q=720m³/h，扬程H=49m，配套电机为4P-160KW。 

表6 

通过测定原设计特性曲线H-Q501并得到节能改造的最优工况 点，结合现场实际分析得出，该系统已经无法通过调整阀门及调整电机频率的方法使其达到现场需求，该系统需要流量为600m³/h，实际所需扬程为水头压差加上管损取为35m，而该系统原设计过程过于增加系数，偏离实际工况点。 

得出上述结论后，重新设计参数：流量Q=600m³/h，扬程H=35m，泵壳及电机不更换，重新设计叶轮模型并更换。请参照图5和表7，改造后截止阀E404开启100%，水泵I410的运行压力0.62MPa，运行频率50Hz，运行功率85.75KW，节电率46.4%。测定节能改造修正后特性曲线H-Q502，它与测定原设计特性曲线H-Q501间存在节能区域。 

原运行功率	现运行功率	节点率	年节电量
				160KW	85.75KW	46.4%	60KW·h

表7。 

Claims (4)

1.一种水循环系统节能修正方法，其特征在于：先测定泵的特性曲线，根据泵关死点扬程H’，流量Qb，泵的扬程Hb，确定水泵的特性曲线上的交点b，根据泵所配电机的额定点c点确定实际所需流量Qc，流量Qc与扬程Hb的交点为c’，即为该设备节能改造的最优工况点。

2.根据权利要求1所述的一种水循环系统节能修正方法，其特征在于：所述的测定泵的特性曲线采用以下计算公式：

1)、扬程H的确定

在泵的吸入口和压出口之间列伯努利方程

由 $Z_1+\frac{P_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{u^2}{2g}+H=Z_2+\frac{P_2}{\mathrm{\ρg}}+\frac{u^2}{2g}+\mathrm{\Σ}{h}_{f(1-2)}$ 于两点之间管路很短，摩擦阻力损失可以忽略，又可认为流速相等，故有

H— $H=(Z_1-Z_2)+\frac{P_2-P_1}{\mathrm{\ρg}}$ —泵的扬程（m）；

P1——泵进口真空度（Pa）；

P2——泵出口处液体的压力（Pa）；

u——流体在泵进出口处的流速（m／s）；

Z1——进口真空表安装高度（m）；

Z2——出口压力表安装高度（m）；

ρ——液体密度1×10³（kg／m³）；

g——重力加速度9.8（m／s²）；

2）、轴功率N的计算

N——轴功率（KW）；

N＝N_电×k

N_电——电功率表显示值（KW）；

k——电机传动效率，可取k=0.82；

3）、轴效率η的计算

泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值，有效功率Ne是单位时间内流体质量流量经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功率，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小，泵的有效功率Ne可用下式计算：

N_e＝ρgQH

Ne— $\mathrm{\η}\%=\frac{N_e}{N}=\frac{\mathrm{HQ\ρg}}{N}$ —有效功率（KW）；

N——轴功率（KW）；

η——轴效率；

ρ——液体密度1×10³（kg／m³）；

g——重力加速度9.8（m／s²）；

Q——流量（m³/h）；

H——泵的扬程（m）；

4）、转速改变时的计算

泵的特性曲线是在一定转速下的实验测定所得，但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量Q的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n1下，取离心泵的额定转速2900rpm，计算公式如下：

$Q_1=Q\frac{n_1}{n}:H_1=H{\left(\frac{n_1}{n}\right)}^2:N_1=N{\left(\frac{n_1}{n}\right)}^3$

Q₁——在额定转速2900rpm下的流量（m³/h）；

Q——流量（m³/h）；

n——实测转速（rpm）；

n₁——额定转速2900（rpm）；

H——泵的扬程（m）；

H₁——在额定转速2900rpm下的扬程（m）。

3.根据权利要求1所述的一种水循环系统节能修正方法，其特征在于：所述测定泵的特性曲线测绘的操作步骤如下：

1）、离心泵在启动前应灌泵排气；

2）、仪表自检，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转的声音正常、离心泵运转的方向正确为合格；

3）、离心泵要在出口阀关闭的情况下启动，开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀；

4）、测试时，通过仪表、仪器逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从0m³/h逐渐增大到70m³/h，每次增加10m³/h，在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读取相应数据，离心泵特性测试主要需获取的测试数据为：流量Q、泵进出口压力、输入功率、泵转速n，两测压点间高度差Z₀为2m；

5）、先关出口阀再停车；

6）、将数据转换到同一转速下，把所得到的点用一根光滑的曲线连接起来，就得到了该转速下的原设计特性曲线H-Q（501），原泵功率特性曲线P-Q（503），效率流量曲线Eff-Q。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种水循环系统节能修正方法，其特征在于：按照所述的设备节能改造的最优工况点，是指对设备进行节能改造后，根据测定泵的特性曲线采用的计算公式、测绘的操作步骤，得到测定泵修正后特性曲线H-Q（502），采取通过调整阀门开口大小、采取更换水泵及电机、重新设计更换原有叶轮的方法，可以采用三种方法中的一种或几种的组合来实现。

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