水泵的功率、流量、扬程间的关系

102 是单位整理常数。流量单位：升/秒；扬程单位：米；密度单位：千克/升；重力加速度：9.81 米/（秒× 秒） ；功率单位：千瓦。 功率=流量×扬程×密度×重力加速度= （升/秒） （米） （千克/升） （9.81 米/ （秒×秒） ） =9.81 牛顿×米/秒=9.81 瓦； 功率（千瓦）=（立方米/1000 秒） （米） （吨/立方米） （9.81 米/（秒×秒） ）=9.81/1000 千瓦=千瓦/102 如果流量单位：立方米/小时，则功率（千瓦）=（立方米/3600 秒） （米） （吨/立方米） （9.81 米/（秒× 秒） ）=9.81/3600 千瓦=千瓦/367 1. 流量 水泵的流量又称为输水量， 它是指水泵在单位时间内输送水的数量。 以符号 Q 来表 示，其单位为升/秒、立方米/秒、立方米/小时。 2. 扬程 水泵的扬程是指水泵能够扬水的高度，通常以符号 H 来表示，其单位为米。离心泵 的扬程以叶轮中心线为基准，分由两部分组成。从水泵叶轮中心线至水源水面的垂直高度， 即水泵能把水吸上来的高度，叫做吸水扬程，简称吸程；从水泵叶轮中心线至出水池水面的 垂直高度，即水泵能把水压上去的高度，叫做压水扬程，简称压程。即 水泵扬程= 吸水扬 程 + 压水扬程 应当指出，铭牌上标示的扬程是指水泵本身所能产生的扬程，它不含管道 水流受摩擦阻力而引起的损失扬程。 在选用水泵时， 注意不可忽略。 否则， 将会抽不上水来。 3. 功率 在单位时间内， 机器所做功的大小叫做功率。 通常用符号 N 来表示。 常用的单位有： 公斤·米/秒、千瓦、马力。通常电动机的功率单位用千瓦表示；柴油机或汽油机的功率单位 用马力表示。动力机传给水泵轴的功率，称为轴功率，可以理解为水泵的输入功率，通常 讲水泵功率就是指轴功率。 由于轴承和填料的摩擦阻力；叶轮旋转时与水的摩擦；泵内水流的漩涡、间隙回流、进出、 口冲击等原因。 必然消耗了一部分功率， 所以水泵不可能将动力机输入的功率完全变为有效 功率， 其中定有功率损失， 也就是说， 水泵的有效功率与泵内损失功率之和为水泵的轴功率。 流量与转速成一次方关系：Q1/Q2 = n1/n2； 扬程与转速成二次方关系：H1/H2 = ( n1/n2 ) 2 电机轴功率与转速成三次方关系：P1/P2 = ( n1/n2 ) 3 由上述推导可以知道，采用转速调节法的节能效果很明显。随着变频调速技术不断成熟，恒 压供水采用变频器来控制水泵转速。由电机转速公式：n=60f/p，其中，n 为电机同步转 速，f 为供电频率，p 为电机极对数，可知电机供电频率 f 与转速成正比。这样，采用变频 器调速时，变频器的输出频率与流量、扬程及电机轴功率也有上述的 n 次方（n=123）比 例关系。 水泵变频运行的图解分析方法 2006-12-29 来源：中国自动化网 浏览：41 1 引言 水泵采用变频调速可以达到很好节能效果，这同行业中已经有很多人写了大量论文进行论述。但 其结果却有很多不尽人意方，有很多结论是错误和无法解释清楚，本文以简易图解分析法来进行进一步解 释和分析。 2 水泵变频运行分析误区 2.1 有很多人水泵变频运行分析中都习惯引用风机水泵中比例定律 流量比例定律 Q1/Q2=n1/n2 扬程比例定律 H1/H2=(n1/n2)2 轴功率比例定律 P1/P2=(n1/n2)3 并由此出结论:水泵流量与转速成正比，水泵扬程与转速平方成正比，水泵输出功率与转速 3 次方成正比。 以上结论确实是由风机和水泵比例定律中引导出来，却无法解释如下问题: (1) 为什么水泵变频运行时频率 30~35Hz 以上时才出水？ (2) 为什么水泵不出水时电流和功率极小，一旦出水时电流和功率会有一个突跳，然后才转速升高而升 高？ 2.2 绘制水泵性能特性曲线和管道阻力曲线 很多人绘制出水泵性能特性曲线和管道阻力曲线如图 1 所示。 GET=_blank 图 1 水泵特性曲线 图 1 中，水泵工频运行特性曲线为 F1，额定工作点为 A，额定流量 QA，额定扬程 HA，管网理想阻 力曲线 R1=KQ 与流量 Q 成正比。采用节流调节时实际管网阻力曲线 R2，工作点为 B，流量 QB，扬程 HB。采 用变频调速且没有节流特性曲线F2，理想工作点为 C，流量 QC，扬程 HC;这里 QB=QC。 按图 1 中所示曲线，要想用调速方法将流量降到零，必须将变频器频率也降到零，但这与实际情况是不相 符。实际水泵变频调速时，频率降到30~35Hz 以下时就不出水了，流量已经降到零。 2.3 变频泵与工频泵并联 变频泵与工频泵并联运行时， 工频泵出口压力大， 变频泵出口压力小， 怀疑变频泵是否会不出水？ 是否工频泵水会向变频泵倒灌？ 3 以上分析误区 (1) 相似定律确实是风机水泵理论分析当中一条很重要定律，它表明相似泵 (或风机)相似工况下运行时， 对应各参数之相互关系计算公式。而比例定律是相似定律作为特例演变而来。即两台完全相同泵相同工况 条件下，输送相同流体，且泵直径和输送流体密度不变，仅仅转速不同时，水泵流量、扬程和功率与转速 之间关系。 (2) 风机单机运行时， 风门挡板不变且温度和密度不变时， 管网阻力只与风机流量有关， 阻力系数为常数。 其运行工况与标准工况相同，可以应用比例定律。但风机并联运行时，出口风压受其它风机风压影响，出 口流量也与总流量不同，造成工况变化，比例定律已经不再适用了。 (3) 相似定律引风机中，挡板不变但介质温度和密度发生了变化时，作为特例，其形式也发生了变化，与 上述比例定律不同，必须进行温度或密度修正。 (4) 水泵方面，比例定律仅适用于水泵出水口和进水口之间没有高度差， 即没有净扬程情况。比如没有落 差同一水平面上远距离输水，水泵输出扬程(压力)仅用来克服管道阻力，这种情况下，当转速降到零时， 扬程(压力)也降到零，流量也正好降到零，这是理想水泵运行工况。图1 中工作点 A 和 C 就完全适合这种 工况，可以使用比例定律。 (5) 但实际水泵运行工况不可能达到理想工况，水泵出水口和进水口之间是有高度差，还很大。水泵并联 运行时，水泵出水口压力还要受到其它水泵运行压力影响。并联运行泵要想出水，水其扬程必须大于其他 水泵当时压力。水泵出口流量并总管网流量，总管网流量为所有运行水泵流量和。管网总流量增大和阻力 增大，并联运行水泵扬程更高，工况发生变化，比例定律此再适用。 4 单台水泵变频运行图解分析 (1) 单台水泵变频运行分析关键，水泵进出口水位高度差，也就是水泵净扬程H0。水泵扬程大于净扬程 时才能出水。管网阻力曲线起始点就是该净扬程高度，见图 2。 GET=_blank 图 2 单台水泵变频运行特性曲线 图 2 中，额定工作点仍然为 A，理想管网阻力曲线 R1 与流量成正比。变频后特性曲线 F2，工作点 B。流量为零时净扬程 H0，变频运行实际工作点 HB 与净扬程差△H=HB-H0，为克服管网阻力达到所需流量 QB 时附加扬程。管网阻力曲线与图 1 不同，不满足相似定律。 (2) 图 2 中工作点 A 为水泵额定工作点，满足