CN108019344A - 一种电动给水泵组效率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动给水泵组效率测试方法，涉及火力发电机组辅助设备技术领域。所述电动给水泵组效率测试方法，通过压力表计、温度表计、节流孔板和差压表计、以及功率测量装置测试前置泵的入口压力和温度、出口压力和温度，给水泵的入口流量、出口压力和温度、中间抽头的压力和流量以及电动机的功率及其功率因素，根据能量守恒定律，转换成电动给水泵组的有效功率，从而计算出被测电动给水泵组的效率；采用本发明的测试方法对电动给水泵组相关运行参数进行测试，并计算获取精确的电动给水泵组效率。

Description

一种电动给水泵组效率测试方法

技术领域

本发明属于火力发电机组辅助设备技术领域，尤其涉及一种电动给水泵组效率测试方法。

背景技术

火力或核能发电企业存在输送液体的大功率旋转设备电动给水泵组(包括前置泵、给水泵)，其用电消耗量大、占厂用电比例高，其效率直接影响到企业的效益，提高泵效率以节能增效具有明显的现实意义。

然而关于获取电动给水泵组效率的测试系统及其方法并未见相关文献报导。李春曦，安连锁等提出的热力学方法测量泵效率的研究进展，介绍基于热力学测量泵效率的方法，仅提供了几个效率公式，解决的是微小温差测量的问题，没有具体应用案例。石晓峰提出的热力学法测水泵效率的研究现状，仅介绍了热力学法测量水泵效率的历史及现状以及发展趋势预测。马庆玲，胡洪华提出的用热力学方法测量大型锅炉给水泵效率，介绍了用热力学法测量给水泵效率的应用案例，其仅对给水泵本体效率的获取。居文平，马庆玲等提出的迷宫式密封给水泵效率试验的热力学方法，采用热力学方法对迷宫式密封给水泵效率进行了试验研究。高紫俊，吕实诚等提出的热力学法测泵效率的探讨和应用，采用热力学方法应用于低扬程水泵性能测定。然而综合考虑给水泵组的前置泵、给水泵中间抽头、给水泵，以及驱动给水泵组的电动机组输入功率等因素进行给水泵组整体效率的测试系统与方法并没有相关文献的具体报导。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种电动给水泵组效率测试方法。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种电动给水泵组效率测试方法，包括以下几个步骤：

(1)在电动给水泵组及其相连系统停止运行期间，将前置泵入口压力表计、前置泵入口温度表计、前置泵出口压力表计、前置泵出口温度表计，给水泵入口流量测量装置、给水泵出口压力表计、给水泵出口温度表计、给水泵中间抽头压力表计、给水泵中间抽头温度表计、给水泵中间抽头流量测量装置、大气压力表计、功率测量装置及其电压电流转换器安装完毕；

(2)测量前置泵入口压力表计和前置泵出口压力表计相对高度差、前置泵出口压力表计和给水泵出口压力表计相对高度差、前置泵出口压力表计和给水泵中间抽头压力表计相对高度差；

(3)打开前置泵入口阀门和给水泵出口阀门，对其管道系统注满液体，对压力表计和流量测量装置的差压表计取样管注满液体；

(4)启动电动给水泵，通过给水泵勺管调节给水泵的出口流量；

(5)待被测电动给水泵组效率的运行工况稳定后，记录前置泵入口压力和温度、出口压力和温度，给水泵入口流量、出口压力和温度、中间抽头压力、温度及流量，以及电动机功率及其功率因素；

(6)根据能量守恒定律，将管道系统内流体经过电动给水泵组后动能和压力势能的增加转换成其有效功率，该有效功率与电动给水泵组的轴功率比值的百分数即为被测电动给水泵组的效率。

进一步的，所述前置泵入口压力表计和前置泵入口温度表计安装在前置泵进水管道的直管段处，分别用于检测前置泵进水管道内的流体压力和温度；所述前置泵出口压力表计和前置泵出口温度表计安装在前置泵出水管道的直管段处，分别用于检测前置泵出水管道内的流体压力和温度；

所述给水泵出口压力表计和给水泵出口温度表计安装在给水泵出口管道的直管段处，分别用于检测给水泵出水管道内的流体压力和温度；所述给水泵入口流量测量装置包括第一节流孔板和给水泵入口流量差压表计，所述第一节流孔板设置在给水泵进口管道内，所述给水泵入口流量差压表计用于检测给水泵进口管道内第一节流孔板两侧的差压，从而获取管道内的流体流量；

所述给水泵中间抽头压力表计安装在给水泵的中间抽头管道上，用于检测给水泵中间抽头管内的流体压力；所述给水泵中间抽头流量测量装置包括第二节流孔板和给水泵中间抽头流量差压表计，所述第二节流孔板设置在给水泵中间抽头管道内，所述给水泵中间抽头流量差压表计，用于测量给水泵中间抽头管内第二节流孔板两侧的差压，从而获取管道内的流体流量；

所述功率测量装置通过电压电流转换器与电动机电源线连接，用于测量电动机的功率及其功率因素；所述电动机转子的一端与前置泵连接，另一端通过液力耦合器与给水泵连接，用于为电动给水泵组提供驱动能量；所述除氧器通过前置泵入口阀门与前置泵的进水管道连通，所述前置泵的出水管道与给水泵的进水管道连通，所述给水泵的出水管道设有给水泵出口阀门。

进一步的，所述前置泵入口温度表计、前置泵出口温度表计、给水泵出口温度表计和给水泵中间抽头温度表计均采用温度传感器，实现温度信号向电信号的转换；

所述前置泵入口压力表计、前置泵出口压力表计、给水泵出口压力表计以及给水泵中间抽头压力表计均采用压力变送器，实现压力信号向电信号的转换；

所述给水泵入口流量差压表计和给水泵中间抽头流量差压表计均采用差压变送器，实现流量差压信号向电信号的转换；所述温度传感器、压力变送器、差压变送器和功率测量装置通过有线或无线通信方式分别与信号采集装置进行连接，实现温度信号、压力信号、流量信号以及功率信号的集中采集；所述信号采集装置与信号处理装置连接，通过信号处理装置计算处理采集到的数据，直接获得被测给水泵组的效率。

进一步的，所述步骤(6)被测电动给水泵组的效率η采用下式来计算：

其中，P_e为给水泵组的有效功率，P_a为电动给水泵组的轴功率。

进一步的，所述电动给水泵组轴功率P_a采用下式来计算：

P_a＝P_g×η_m

其中，P_g为电动机的输入功率；η_m为电动机效率。

进一步的，所述电动给水泵组有效功率P_e采用下式来计算：

其中，M为给水泵进水管道内的流体流量；H_前为前置泵扬程；M_抽为给水泵中间抽头管道内的流体流量；H_抽为给水泵中间抽头扬程；H_给为给水泵扬程；g为重力加速度，取9.8m/s²。

进一步的，所述前置泵扬程H_前采用下式来计算：

其中，P₁为前置泵的出口压力；P₀为前置泵的入口压力；ΔZ₁为前置泵出口压力表计测点与前置泵入口压力表计测点的相对高度差；V₁为前置泵出口管道内流体流速；V₀为前置泵进口管道内流体流速；ρ₀为前置泵入口管道内流体密度；ρ₁为前置泵出口管道内流体密度，也是给水泵入口管道内流体密度。

所述前置泵管道内流体流速V₀、V₁分别采用下式来计算：

其中，D_前入为前置泵入口管道外径；Δd_前入前置泵入口管道壁厚；D_给入为给水泵入口管道外径；Δd_给入给水泵入口管道壁厚。

进一步的，所述给水泵中间抽头扬程H_抽采用下式来计算：

其中，P_抽为给水泵中间抽头压力；P₁为给水泵的入口压力，该值与前置泵的出口压力相等；ΔZ₂为给水泵中间抽头压力表计测点与前置泵出口压力表计测点的相对高度差；V_抽为给水泵中间抽头管道内流体流速；V₁为给水泵进口管道内流体流速，即为前置泵出口管道内流体流速；ρ_抽为给水泵中间抽头管道内流体密度。

所述给水泵中间抽头管道内流体流速V_抽采用下式来计算：

其中，D_抽为给水泵中间抽头管道外径；Δd_抽给水泵中间抽头管道壁厚。

进一步的，所述给水泵扬程H_给采用下式来计算：

其中，P₂为给水泵的出口压力；P₁为给水泵的入口压力，该值与前置泵的出口压力相等；ΔZ₃为给水泵出口压力表计测点与前置泵出口压力表计测点的相对高度差；V₂为给水泵出口管道内流体流速；V₁为前置泵出口管道内流体流速；ρ₂为给水泵出口管道内流体密度。

所述给水泵出口管道内流体流速V₂采用下式来计算：

其中，D_给出为给水泵出口管道外径；Δd_给出给水泵出口管道壁厚。

与现有技术相比，本发明所提供的电动给水泵组效率测试方法，通过压力表计、温度表计、差压变送器以及功率测量装置检测前置泵的入口压力和温度、出口压力和温度，给水泵的入口流体流量、出口压力和温度、中间抽头的压力、温度及流量，以及电动机的功率及其功率因素，根据能量守恒定律，转换成电动给水泵组的有效功率，从而计算出被测电动给水泵组的效率；本发明提供两种效率测试方法，一种是通过各压力表计、温度表计、差压变送器以及功率测量装置的测量数据计算得出电动给水泵组的效率，另一种是由信号采集装置直接采集数据，通过信号处理装置分析计算，直接获取给水泵组的效率，而无需人工计算；采用本发明的测试与计算方法可获取电动给水泵组的效率，掌握其在不同运行工况下的能耗水平，达到实现节能降耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明电动给水泵组效率测试系统的结构示意图；

其中：1-除氧器，2-前置泵入口阀门，3-前置泵入口压力表计，4-前置泵入口温度表计，5-前置泵，6-前置泵出口压力表计，7-前置泵出口温度表计，8-第一给水泵入口流量差压表计，9-第一节流孔板，10-第二给水泵入口流量差压表计，11-给水泵，12-第二节流孔板，13-给水泵中间抽头流量差压表计，14-给水泵中间抽头温度表计，15-给水泵中间抽头压力表计，16-给水泵出口阀门，17-给水泵出口压力表计，18-给水泵出口温度表计，19-液力耦合器，20-电动机，21-电压电流转换器，22-功率测量装置，23-大气压力表计，24-信号采集装置。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的一种电动给水泵组效率测试方法，包括以下几个步骤：

(1)在电动给水泵组及其相连系统停止运行期间，将前置泵入口压力表计3、前置泵入口温度表计4、前置泵出口压力表计6、前置泵出口温度表计7，给水泵入口流量测量装置、给水泵出口压力表计17、给水泵出口温度表计18、给水泵中间抽头压力表计15、给水泵中间抽头温度表计14、给水泵中间抽头流量测量装置、大气压力表计23、功率测量装置22及其电压电流转换器21安装完毕。

如图1所示，前置泵入口压力表计3和前置泵入口温度表计4安装在前置泵5进水管道的直管段处，分别用于检测前置泵5进水管道内的流体压力和温度；前置泵出口压力表计6和前置泵出口温度表计7安装在前置泵5出水管道的直管段处，分别用于检测前置泵5出水管道内的流体压力和温度。

给水泵出口压力表计17和给水泵出口温度表计18安装在给水泵11出口管道的直管段处，分别用于检测给水泵11出水管道内的流体压力和温度；给水泵入口流量测量装置包括第一节流孔板9和给水泵入口流量差压表计，第一节流孔板9设置在给水泵11进口管道内，给水泵入口流量差压表计用于检测给水泵11进口管道内第一节流孔板9两侧的差压，从而获取管道内的流体流量；给水泵入口流量差压表计包括第一给水泵入口流量差压表计8和第二给水泵入口流量差压表计10，两组差压表计减小了仅单个差压表计引入的系统误差。

给水泵中间抽头压力表计15安装在给水泵11的中间抽头管道上，用于检测给水泵11中间抽头管内的流体压力；给水泵中间抽头流量测量装置包括第二节流孔板12和给水泵中间抽头流量差压表计13，第二节流孔板12设置在给水泵11中间抽头管道内；给水泵中间抽头流量差压表计13，用于测量给水泵11中间抽头管内第二节流孔板12两侧的差压，从而获取管道内的流体流量。

功率测量装置22通过电压电流转换器21与电动机20电源线连接，用于测量电动机20的功率及其功率因素；电动机20转子的一端与前置泵5连接，另一端通过液力耦合器19与给水泵11连接，用于为电动给水泵组提供驱动能量；除氧器1通过前置泵入口阀门2与前置泵5的进水管道连通，前置泵5的出水管道与给水泵11的进水管道连通，给水泵11的出水管道设有给水泵出口阀门16；大气压力表计23，用于测量电动给水泵组所处环境的大气压；除氧器1装有液体。

(2)采用高度测量装置测量前置泵入口压力表计3和前置泵出口压力表计6相对高度差、前置泵出口压力表计6和给水泵出口压力表计17相对高度差、前置泵出口压力表计6和给水泵中间抽头压力表计15相对高度差；

(3)打开前置泵入口阀门2和给水泵出口阀门16，对其管道系统注满液体，对压力表计和流量测量装置的差压表计取样管注满液体；压力表计包括前置泵入口压力表计3、前置泵出口压力表计6、给水泵出口压力表计17、给水泵中间抽头压力表计15和大气压力表计23；流量测量装置包括给水泵入口流量测量装置和给水泵中间抽头流量测量装置。本实施例中的液体为液态水。

(4)启动电动给水泵，通过给水泵勺管调节给水泵11的出口流量；

(5)待被测电动给水泵组效率的运行工况稳定后，每10s记录一次前置泵入口压力和温度、出口压力和温度，给水泵入口流量、出口压力和温度、中间抽头压力、温度及流量，以及电动机功率及其功率因素；对应工况取值20min，对记录的数据取平均值，得到测量数据。

前置泵入口温度表计4、前置泵出口温度表计7、给水泵出口温度表计18和给水泵中间抽头温度表计14均采用温度传感器，实现温度信号向电信号的转换；

前置泵入口压力表计3、前置泵出口压力表计6、给水泵出口压力表计17以及给水泵中间抽头压力表计15均采用压力变送器，实现压力信号向电信号的转换；

给水泵入口流量差压表计和给水泵中间抽头流量差压表计13均采用差压变送器，实现流量差压信号向电信号的转换；温度传感器、压力变送器、差压变送器和功率测量装置22通过有线通信方式分别与信号采集装置24进行连接，实现温度信号、压力信号、流量信号以及功率信号的集中采集；信号采集装置与信号处理装置连接，通过信号处理装置计算处理采集到的数据，直接获得被测给水泵组的效率。

温度传感器采用E型热电偶，压力变送器采用EJA系列压力变送器，差压变送器采用EJA系列差压变送器，功率测量装置22采用CL3112型电参数测量系统，信号采集装置采用EIC-02L型数据采集系统。

(6)对测量数据，根据能量守恒定律，将管道系统内液体经过电动给水泵组后动能和压力势能的增加转换成其有效功率，该有效功率与电动给水泵组的轴功率比值的百分数即为被测电动给水泵组的效率。

本实施例以YNKn300/200型单吸单级离心泵作为前置泵5、CHTC5/6型单吸多级离心泵作为给水泵11、R16K-400M型液力耦合器19组成的电动给水泵组为例，本实施例中，还设有大气压力表计23，用于测量电动给水泵组所处环境的大气压力(大气压力表计23也可以与信号采集装置24连接，通过信号采集装置24采集大气压力表计23的测量值)，提高测试精度，测量数据与计算结果如表1和表2所示：

表1电动给水泵组效率测量数据(压力为表压)

表2电动给水泵组效率试验数据计算(压力为绝对压力)

从表1和表2可知，本实施例中的绝对压力值(前置泵入口压力、出口压力，给水泵中间抽头压力、给水泵出口压力)均由测量值(表压)和大气压力确定，大气压力的测量消除了只采用表压来计算流经给水泵组流体密度的误差，使得前置泵5扬程、给水泵11中间抽头扬程、给水泵11扬程的计算结果更精确；对给水泵入口流量采用一套节流孔板配2只流量差压变送器测量，减小了仅采用单个差压变送器引入的系统误差；通过给水泵入口流量和中间抽头流量的测量结果来计算流体经不同管径流速的计算方法，不仅流量测点少，而且使得扬程和电动给水泵组有效功率的计算结果更精确；从而提高电动给水泵组效率的检测精度。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)在电动给水泵组及其相连系统停止运行期间，将前置泵入口压力表计、前置泵入口温度表计、前置泵出口压力表计、前置泵出口温度表计，给水泵入口流量测量装置、给水泵出口压力表计、给水泵出口温度表计、给水泵中间抽头压力表计、给水泵中间抽头温度表计、给水泵中间抽头流量测量装置、大气压力表计、功率测量装置及其电压电流转换器安装完毕；

(2)测量前置泵入口压力表计和前置泵出口压力表计相对高度差、前置泵出口压力表计和给水泵出口压力表计相对高度差、前置泵出口压力表计和给水泵中间抽头压力表计相对高度差；

(3)打开前置泵入口阀门和给水泵出口阀门，对其管道系统注满液体，对压力表计和流量测量装置的差压表计取样管注满液体；

(4)启动电动给水泵，通过给水泵勺管调节给水泵的出口流量；

(5)待被测电动给水泵组效率的运行工况稳定后，记录前置泵入口压力和温度、出口压力和温度，给水泵入口流量、出口压力和温度、中间抽头压力、温度及流量，以及电动机功率及其功率因素；

(6)根据能量守恒定律，将管道系统内流体经过电动给水泵组后动能和压力势能的增加转换成其有效功率，该有效功率与电动给水泵组的轴功率比值的百分数即为被测电动给水泵组的效率。

2.如权利要求1所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述前置泵入口压力表计和前置泵入口温度表计安装在前置泵进水管道的直管段处，分别用于检测前置泵进水管道内的流体压力和温度；所述前置泵出口压力表计和前置泵出口温度表计安装在前置泵出水管道的直管段处，分别用于检测前置泵出水管道内的流体压力和温度；

所述给水泵出口压力表计和给水泵出口温度表计安装在给水泵出口管道的直管段处，分别用于检测给水泵出水管道内的流体压力和温度；所述给水泵入口流量测量装置包括第一节流孔板和给水泵入口流量差压表计，所述第一节流孔板设置在给水泵进口管道内，所述给水泵入口流量差压表计用于检测给水泵进口管道内第一节流孔板两侧的差压，从而获取管道内的流体流量；

所述给水泵中间抽头压力表计安装在给水泵的中间抽头管道上，用于检测给水泵中间抽头管内的流体压力；所述给水泵中间抽头流量测量装置包括第二节流孔板和给水泵中间抽头流量差压表计，所述第二节流孔板设置在给水泵中间抽头管道内；所述给水泵中间抽头流量差压表计，用于测量给水泵中间抽头管内第二节流孔板两侧的差压，从而获取管道内的流体流量；

所述功率测量装置通过电压电流转换器与电动机电源线连接，用于测量电动机的功率及其功率因素；所述电动机转子的一端与前置泵连接，另一端通过液力耦合器与给水泵连接，用于为电动给水泵组提供驱动能量；所述除氧器通过前置泵入口阀门与前置泵的进水管道连通，所述前置泵的出水管道与给水泵的进水管道连通，所述给水泵的出水管道设有给水泵出口阀门。

3.如权利要求2所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述前置泵入口温度表计、前置泵出口温度表计、给水泵出口温度表计和给水泵中间抽头温度表计均采用温度传感器，实现温度信号向电信号的转换；

所述前置泵入口压力表计、前置泵出口压力表计、给水泵出口压力表计以及给水泵中间抽头压力表计均采用压力变送器，实现压力信号向电信号的转换；

所述给水泵入口流量差压表计和给水泵中间抽头流量差压表计均采用差压变送器，实现流量差压信号向电信号的转换；所述温度传感器、压力变送器、差压变送器和功率测量装置通过有线或无线通信方式分别与信号采集装置进行连接，实现温度信号、压力信号、流量信号以及功率信号的集中采集；所述信号采集装置与信号处理装置连接，通过信号处理装置计算处理采集到的数据，直接获得被测给水泵组的效率。

4.如权利要求1所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述步骤(6)被测电动给水泵组的效率η采用下式来计算：

<mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mi>a</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> </mrow>

其中，P_e为给水泵组的有效功率，P_a为电动给水泵组的轴功率。

5.如权利要求4所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述电动给水泵组轴功率P_a采用下式来计算：

P_a＝P_g×η_m

其中，P_g为电动机的输入功率；η_m为电动机效率。

6.如权利要求4所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述电动给水泵组有效功率P_e采用下式来计算：

其中，M为给水泵进水管道内的流体流量；H_前为前置泵扬程；M_抽为给水泵中间抽头管道内的流体流量；H_抽为给水泵中间抽头扬程；H_给为给水泵扬程；g为重力加速度，取9.8m/s²。

7.如权利要求6所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述前置泵扬程H_前采用下式来计算：

其中，P₁为前置泵的出口压力；P₀为前置泵的入口压力；ΔZ₁为前置泵出口压力表计测点与前置泵入口压力表计测点的相对高度差；V₁为前置泵出口管道内流体流速；V₀为前置泵进口管道内流体流速；ρ₀为前置泵入口管道内流体密度；ρ₁为前置泵出口管道内流体密度，也是给水泵入口管道内流体密度；

所述前置泵管道内流体流速V₀、V₁分别采用下式来计算：

其中，D_前入为前置泵入口管道外径；Δd_前入前置泵入口管道壁厚；D_给入为给水泵入口管道外径；Δd_给入给水泵入口管道壁厚。

8.如权利要求6所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述给水泵中间抽头扬程H_抽采用下式来计算：

其中，P_抽为给水泵中间抽头压力；P₁为给水泵的入口压力，该值与前置泵的出口压力相等；ΔZ₂为给水泵中间抽头压力表计测点与前置泵出口压力表计测点的相对高度差；V_抽为给水泵中间抽头管道内流体流速；V₁为给水泵进口管道内流体流速，即为前置泵出口管道内流体流速；ρ_抽为给水泵中间抽头管道内流体密度；

所述给水泵中间抽头管道内流体流速V_抽采用下式来计算：

其中，D_抽为给水泵中间抽头管道外径；Δd_抽给水泵中间抽头管道壁厚。

9.如权利要求6所述的电动给水泵组效率测试方法，其特征在于，所述给水泵扬程H_给采用下式来计算：

其中，P₂为给水泵的出口压力；P₁为给水泵的入口压力，该值与前置泵的出口压力相等；ΔZ₃为给水泵出口压力表计测点与前置泵出口压力表计测点的相对高度差；V₂为给水泵出口管道内流体流速；V₁为前置泵出口管道内流体流速；ρ₂为给水泵出口管道内流体密度；

所述给水泵出口管道内流体流速V₂采用下式来计算：

其中，D_给出为给水泵出口管道外径；Δd_给出给水泵出口管道壁厚。