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實(shí)用、快速的水泵能耗在線估算
實(shí)用、快速的水泵能耗在線估算
上海浦東威立雅自來(lái)水有限公司 馮雪松
摘要： 根據(jù)物理概念推導(dǎo)出了水功率公式，根據(jù)所推導(dǎo)的公式，只要測(cè)得常規(guī)的水泵流量、揚(yáng)程、耗電量，即可估算出機(jī)泵的運(yùn)行效率。
【關(guān)鍵詞】 水泵 能耗 水功率公式 效率
一、前言
水泵是水行業(yè)中耗能最大的設(shè)備，在其使用壽命內(nèi)，它所消耗能源的價(jià)值相當(dāng)于本身價(jià)值的1~80倍，而一輛汽車(chē)在其使用壽命內(nèi)，平均所消耗燃料的價(jià)值相當(dāng)于本身價(jià)值。因此保持水泵經(jīng)常性的在高效區(qū)間運(yùn)行，準(zhǔn)確掌握水泵運(yùn)行工況對(duì)于供水可靠性和節(jié)能降耗有十分重要意義。下文介紹的是運(yùn)行中的水泵，只要測(cè)得常規(guī)數(shù)據(jù)就能估算出水泵機(jī)組的能耗參數(shù)。
二、水功率公式推導(dǎo)
把一定體積的水在單位時(shí)間內(nèi)提升到一定的高度，需要外界動(dòng)力。現(xiàn)假設(shè)把提升液體所做的功
W=VDgH （1）
式（1）中V--液體的體積，單位為m3；
D--液體的密度，單位為kg/m3；
g--重力加速度，9.805m/s2；
H－提升高度，單位為m。
單位時(shí)間內(nèi)所作的功為功率
P=W/t=（VDgH）/t=QDgH （2）
式（2）中Q--單位時(shí)間內(nèi)的流量，單位為m3/s。
在工程上常把Q以每小時(shí)的流量為單位，則式（2）成為
P= HQ/(0.102×3600)= HQ/367.2 （3）
式（3）是每小時(shí)提升某一水量至某一高度時(shí)的功率計(jì)算式，P稱(chēng)水功率或水馬力。
三、水泵能耗估算
供水行業(yè)常用每千立方米的耗電量，或每千立方米/每兆帕的耗電量來(lái)衡量供水的單耗。
1.每千立方米水的耗電量估算
水泵輸出每千立方米水所消耗的電量稱(chēng)為每千立方米水的耗電量。它表示電度表數(shù)除以流量。一般工業(yè)用的水泵運(yùn)行效率都在ηp=80%以上，電動(dòng)機(jī)效率ηm=90%以上。今取ηp=80%，ηm=90%，則提升1000m3/h水量的單耗
P=HQ/(367.2ηpηm)=1000H/(367.2×0.8×0.9)=3.782H （4）
上式說(shuō)明每千立方米的耗電量是正比于揚(yáng)程的。若設(shè)出廠揚(yáng)程為35m，則供1000 m3水的耗電量應(yīng)不大于3.782×35=132.37kW·h。若實(shí)際供1000 m3水的耗電量大于此值時(shí)，則這臺(tái)泵組的運(yùn)行總效率小于ηpηm=0.8×0.9=0.72。水泵效率小于0.8，或電動(dòng)機(jī)效率小于0.9。
2.每千立方米水/每兆帕的耗電量估算
每千立方米水單耗量是隨揚(yáng)程而變化的，不同揚(yáng)程每千立方米的耗電量是不同的，因此只有在相同的揚(yáng)程下作比較才有意義。這個(gè)單位揚(yáng)程包括泵的進(jìn)水揚(yáng)程，亦稱(chēng)全揚(yáng)程。
現(xiàn)設(shè)泵組總效率 η=ηpηm=1，Q=1000m3/h，H=1MPa，則電源供給的電能
PE=HQ/(3.6η)=1×1000/(3.6×1)=277.778 （5）
這是一個(gè)很有用的估算值。一臺(tái)水泵或一組泵群，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的每千立方米/每兆帕的耗電量與277.778的比值，就是泵組的總效率。
四、計(jì)算實(shí)例
凌橋水廠出水泵房中有兩臺(tái)泵組在運(yùn)行，運(yùn)行記錄見(jiàn)下表。22#泵：流量Q=4580m3/h，耗電量P=576kW ；27#泵：流量Q=7230m3/h，消耗功率P=888 kW 。出廠壓力均為320KPa。
注：吸水井水位至泵軸中心高度為2.05m，所有水頭損失為0.80m。
水泵吸入揚(yáng)程是2.05+0.80=2.85m，將2.85除以102后為0.028MPa。水泵全揚(yáng)程為0.32+0.028=0.348MPa。
1）22#泵每千噸水/每兆帕耗電量=576/（4.58×0.348）=361.4 kW·h。
所謂每千立方米/每兆帕的耗電量稱(chēng)為配水單位電耗。它表示電度表數(shù)除以流量再除以全揚(yáng)程。
2）27#泵每千噸水/每兆帕的耗電量=888/（7.23×0.348）=352.9 kW·h。
因?yàn)樾蕿?00%時(shí)的每千噸水/每兆帕的耗電量為277.778 kW·h， 22#泵組總效率為277.778/361.4=0.77。因?yàn)楸媒M總效率η=ηpηm，所以泵的效率Pη=0.77/0.92=0.84（設(shè)電動(dòng)機(jī)效率ηm =0.92）。
27#泵組總效率為277.778/352.9=0.79。泵的效率Pη=0.79/0.92=0.86（設(shè)電動(dòng)機(jī)效率ηm =0.92）。
五、結(jié)語(yǔ)
評(píng)價(jià)水泵是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要從整個(gè)系統(tǒng)去分析研究。供水管網(wǎng)的揚(yáng)程和流量是時(shí)刻變化的，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，水泵工況點(diǎn)就會(huì)發(fā)生變化。為了掌握水泵機(jī)組的運(yùn)行工況，有許多測(cè)試方法，如水力學(xué)方法、熱力學(xué)方法，水泵流量－揚(yáng)程工作特性曲線的測(cè)試等等。在測(cè)試時(shí)，往往需控制閥門(mén)開(kāi)啟度及管道的切換，還需電氣線路的連接，過(guò)程復(fù)雜。上述的測(cè)試方法其管路、電路不需任何變動(dòng)，非常簡(jiǎn)單，特別適用有多臺(tái)水泵的泵房，是一種即實(shí)用又快速的水泵能耗在線估算。需要注意的是，測(cè)試時(shí)水泵的進(jìn)出水閥門(mén)必須處在全開(kāi)狀態(tài)，否則還得計(jì)及閥門(mén)的損耗。
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