CN105114332A - 一种高效全贯流潜水电泵及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种高效全贯流潜水电泵，包括电泵(1)，其特征在于：所述电泵(1)内设置有湿定子充水式电机(2)；所述泵叶轮(3)与转子(4)通过焊接固定形成一个整体。所述使用方法为一种改变转速及比转速满足参数要求提高全贯流潜水电泵机组效率的方法。本发明的有益效果是，与现有的按常规选型的全贯流潜水电泵相比，在满足同样的流量Q和扬程H的情况下，全贯流潜水电泵的机组运行效率得到了明显的提高，降低了能耗，节约了能源。

Description

一种高效全贯流潜水电泵及其使用方法

一、技术领域

本发明涉及一种高效全贯流潜水电泵及其使用方法，尤其是一种高效全贯流潜水电泵及其使用方法。

二、背景技术

水泵是国民经济中应用最为广泛的能耗大户之一，据统计，它的能耗占全国电能总耗的21％，在实际工作中，提高水泵机组运行效率具有重要现实意义。全贯流潜水电泵是一种新型的排水动力设备，由于全贯流潜水电泵保持了潜水电泵土建投资省、结构紧凑、安装方便、噪声低、散热好等优点。又具有水力性能好，流道顺畅，装置效率高等特点而得到普遍的推广。

全贯流潜水电泵，是将泵叶轮置于三相交流异步电动机的转子内圆，由定子绕组产生的旋转磁场直接通过电磁场的能量转换，将驱动转子旋转的机械能传递给置于转子内圆的轴流泵叶片，使叶片旋转泵水。由于全贯流潜水电泵的叶轮装在电机转子内圆，转子在水中的旋转会产生较大的水摩擦损耗Pfw，这一损耗约为电机额定功率的12～13％。而对传统干式电机Pfw是在空气介质中形成的风扇通风损耗和推力轴承损耗，只占电机额定功率的3～3.5％。这会导致全贯流潜水电机比传统电机效率低10～12％，也是早期全贯流潜水轴流泵不能得到推广的重要因素。在能源供应日趋紧张的今天，提高电机效率使机组能高效运行具有重大的经济效益和社会效益。

三、发明内容

鉴于以上背景技术，为了节能降耗，大力发展高效的全贯流潜水电泵，本发明的目的在于提出一种高效全贯流潜水电泵及其使用方法。

一种高效全贯流潜水电泵，包括电泵，所述电泵内设置有湿定子充水式电机；

所述湿定子充水式电机内设置有泵叶轮，所述湿定子充水式电机内设置有转子；

所述泵叶轮与转子固定连接。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：全贯流潜水电泵的机组效率＝电机效率×水泵效率×流道效率,因为电机提高效率在运用中基本保持不变，因此提高全贯流潜水电泵机组效率主要是通过改变降低转速减小电机的水摩擦损耗Pfw提高电机效率来实现的。由于全贯流潜水电泵的转子在水中旋转会产生很大的水摩擦损耗Pfw，根据水摩擦损失的计算公式：式中：D—全贯流潜水轴流泵的转子外圆直径mm，l—全贯流潜水轴流泵的转子轴向长度mm，n—全贯流潜水轴流泵的转速r/min，K—半经验系数，与介质水的粘度、光洁度、气隙的大小及同心度有关。

从上式可以看出水摩擦损耗P_fw与转速的3次方成正比，因此要降低水摩损耗，必须从降低转速着手，同时结合水泵性能统筹进行以保证客户需要即扬程H、流量Q满足用户要求的前提下，降低转速达到降低水摩损耗提高电机效率的目的。

通过上述分析，一种改变转速及比转速满足参数要求提高全贯流潜水电泵机组效率的方法主要包括以下步骤：

①改变降低电机一档转速；常用的转速单位：r/min为2950、1450、980、735、590、495、365、295、245、196、148

②按照用户需要的流量Q和扬程H，确定降速后的比转速n_s。根据比转速的公式电机降速后比转速也随之下降，

③按照降低后的转速进行重新选型，用新叶轮直径D₂按泵的相似定律重新选泵或设计新泵水力模型是现有的模型，选型完后绘制特性曲线。选型时需调整叶轮直径D₂，调整后新选的泵型应满足额定点尽量在高效区或接近高效区。改变转速后泵的n_D要比常规泵的n_D＝420～480小；

④按潜水电机水摩擦损耗P_fw的计算公式，计算在改变转速或n_D后的水摩擦损耗P_fw及电机效率提高的百分比，从而得出全贯流潜水电泵机组效率提高的百分比。

本发明专利的有益效果是，与现有的按常规选型的全贯流潜水电泵相比，在满足同样的流量Q和扬程H的情况下，全贯流潜水电泵的机组运行效率得到了明显的提高，降低了能耗，节约了能源。

四、附图说明

图1是本发明专利中的全贯流潜水电泵功率流程图。

其中：P₁为潜水电泵从电网中取得的功率；P_M为潜水电机的输出电磁功率；P₂为潜水电机主轴输出的机械功率；P_W为潜水电泵的输出功率；P_Cu1为潜水电机的定子绕组损耗；P_Fe为定子硅钢片中的磁滞涡流损耗；P_Cu2为鼠笼转子的欧姆损耗；P_α为电机的杂散损耗；P_1w为水摩擦损耗；P_SL为泵的水力损耗；P_LD为流道损耗

图2是本发明专利中的全贯流潜水电泵结构图。

图3是本发明专利实例中改变转速及比转速前的综合特性曲线。

图4是本发明专利实例中改变转速及比转速前的性能参数表。

图5是本发明专利实例中改变转速及比转速后的综合特性曲线。

图6是本发明专利实例中改变转速及比转速后的性能参数表。

五、具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明专利的具体实施方式进一步说明

如附图2所示一种高效全贯流潜水电泵，包括电泵1，所述电泵1内设置有湿定子充水式电机2；

所述湿定子充水式电机2内设置有泵叶轮3，所述湿定子充水式电机2内设置有转子4；

所述泵叶轮3与转子4固定连接。

结合附图1，全贯流潜水电泵机组效率η_机主要包括电机效率η_m、水泵效率η_p和流道效率η_lD，提高全贯流潜水电泵机组效率的关键在于提高电机效率η_m，其方法主要是通过改变降低转速减小电机的水摩擦损耗P_fw提高电机效率来实现的。

某泵站方案设计，泵站设计总流量为18m³/s，共分4台，每台额定流量为4.5m³/s，额定扬程为4.94m，原选型为1200QGWZ-125T全贯流潜水电泵，叶轮直径为￠1000mm，其配套电机为350KW，12P，其具体参数见后表。

现要减小水摩擦提高电机效率从而提高泵站的机组运行效率，具体操作步骤如下：

①改变降低电机一档转速：原电机转速为495r/min，现降为365r/min，为16P电机；

②按照用户需要的流量Q和扬程H，确定降速后的比转速n_s：额定点流量为4.5m³/s，额定点扬程为4.94m，降速后的比转速 $n_s=3.65gng\frac{\sqrt{Q}}{H^{3/4}}=3.65\×365\×\frac{\sqrt{4.5}}{{4.94}^{3/4}}=852.9,$ 取比转速为850；

③按照降低后的转速进行重新选型，并绘制特性曲线：根据365r/min的转速用现有的水力模型进行新泵设计，使额定点在高效区，确定新的叶轮直径D₂为￠1100mm，选型完成后绘制特性曲线，见图4；

④计算在改变转速或nD后的水摩擦损耗P_fw2及电机效率提高的比例，从而得出全贯流潜水电泵机组效率提高的百分比。其具体参数及计算见下表：

可见，采取改变转速及比转速的设计方法，可降低水摩损耗3％～5％左右，机组效率提高3％～5％左右。通过图3和图4的综合特性曲线及性能参数表可以看出在全贯流潜水电泵机组效率提高的同时能满足泵站基本参数Q＝4.5m³/s,扬程H＝4.94m的要求。

该发明专利提高水泵机组效率的方法可广泛应用于全贯流泵的各个规格型号，是在理论与实践相结合的条件下不断探索，引用新技术，寻找合理、经济的节能措施，即利用改变转速和比转速从而提高全贯流电泵的机组运行效率，保证泵的基本参数的前提下节能效果显著，完全符合国家大力提倡发节展能减耗产品的政策导向，值得大力推广，代表以后全贯流潜水电泵的发展方向。

Claims (3)

1.一种高效全贯流潜水电泵，包括电泵(1)，其特征在于：所述电泵(1)内设置有湿定子充水式电机(2)；

所述湿定子充水式电机(2)内设置有泵叶轮(3)，所述湿定子充水式电机(2)内设置有转子(4)；

所述泵叶轮(3)与转子(4)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效全贯流潜水电泵，其特征在于：所述泵叶轮(3)与转子(4)通过焊接固定形成一个整体。

3.一种高效全贯流潜水电泵的使用方法，其特征在于：所述使用方法为一种改变转速及比转速满足参数要求提高全贯流潜水电泵机组效率的方法，具体步骤如下：

①改变(降低)电机一档转速；

②按照用户需要的流量Q和扬程H，确定降速后的比转速n_s。根据比转速的公式电机降速后比转速也随之下降；

③按照降低后的转速进行重新选型，用新叶轮直径D₂按泵的相似定律重新选泵或设计新泵(水力模型是现有的模型)，选型完后绘制特性曲线。选型时需调整叶轮直径D₂，调整后新选的泵型应满足额定点尽量在高效区或接近高效区(改变转速后泵的n_D要比常规泵的n_D＝(420～480)小)；

④按潜水电机水摩擦损耗P_fw的计算公式，计算在改变转速(或n_D)后的水摩擦损耗P_fw及电机效率提高的百分比，从而得出全贯流潜水电泵机组效率提高的百分比。