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第三章 水泵变频调速节能技术 一、 概 论 1.1 水泵的分类 水泵通常按工作原理及结构形式的不同进行分类，可以分为叶片式（又称叶轮式或透平式）、容积式（又称定排量式）和其他类型三大类。叶片式泵又可以分为离心泵、轴流泵、混流泵和漩涡泵；容积式泵又可以分为往复泵和回转泵，往复泵可分为活塞泵、柱塞泵和隔膜泵，而回转泵又可分为齿轮泵、螺杆泵、滑片泵和液环泵。 1.2 水泵的性能参数 水泵的基本性能参数表示水泵的基本性能，水泵的基本性能参数有流量、扬程、轴功率、效率、转速、比转速、必须汽蚀余量或允许吸上真空高度等7个。 （1） 流量 以字母Q(qv、qm)表示，单位为（升）l/s、m3/s、m3/h 等。泵的流量是指单位时间内从泵出口排出并进入管路系统的液体体积。泵的流量除用上述体积流量qv外，还可用质量流量qm表示。qm定义为单位时间内从泵出口排出并进入管路的液体质量。显然qv与qm间的关系为： （2） 扬程 水泵的扬程H表示液体经泵后所获得的机械能。泵的扬程H是指单位重量液体经过泵后所获得的机械能。水泵扬程的计算式为： 式中： Z2、p2、v2 与 Z1、p1、v1 分别为泵的出口截面2和进口截面1的位置高度、压力和速度值。泵的扬程即为泵所产生的总水头，其值等于泵的出口总水头和进口总水头的代数差。 （3） 轴功率 由原动机或传动装置传到水泵轴上的功率，称为风机的轴功率，用P表示，单位为kW。 式中：Q---水泵流量 （m3/s）； H---水泵扬程 (m, )； －传动装置效率； －风机效率； －电动机效率。 电动机容量选择： 式中：“102”----由kg.m/s 变换为kW 的单位变换系数。 因为水的密度为1000 kg/m3 ,所以水泵轴功率的计算公式可以简化为： 电动机容量选择： （ 若流量的单位用“m3/s” ） （4） 效率 水泵的输出功率（有效功率）Pu与输入功率（轴功率）P之比，称为水泵的效率或全效率，以η表示： （5） 转速 水泵的转速指水泵轴旋转的速度，即单位时间内水泵轴的转数，以n表示，单位为rpm(r/min)或s-1 （弧度/秒）。 （6） 比转速 水泵的比转速以ny表示，用下式定义： 作为性能参数的比转速是按泵最高效率点对应的基本性能参数计算得出的。对于几何相似的泵，不论其尺寸大小、转速高低，其比转速均是一定的。因此，比转速也是泵分类的一种准则。 (7) 泵的必须气蚀余量或泵的允许吸上真空高度 泵的必须气蚀余量是指：为了防止泵内气蚀，泵运行时在泵进口附近的管路截面上单位重量液体所必须具有的超过汽化压头的富裕压头值，该值通常有泵制造厂规定。泵的必须气蚀余量用（NPSH）r表示,单位为米（m）。泵的允许吸上真空高度是指：为了防止泵内气蚀，泵运行时在泵进口附近的管路截面上所容许达到的最大真空高度值，该值也通常由泵制造厂规定，在不同的大气压力下及不同的液体温度时需要进行换算。泵的允许吸上真空高度用（Hs）表示，单位为米（m）。 1.3 水泵的性能曲线 图3-1所示是典型的锅炉给水泵性能曲线（H-Q）、以及效率和轴功率曲线。它是一条较为平坦的曲线，与风机的一族梳状曲线不同，其出口压力（扬程）随着流量的增加而单调下降，零流量时的扬程称为关死点扬程。水泵系统的静扬程（Hst）一般都不为零，图3-2所示为静扬程占到关死点扬程60％时的某给水泵的调速性能曲线和阻力曲线，图3-13 所示则为水泵系统在不同静扬程下的轴功率流量性能曲线。 图3-1 典型的锅炉给水泵性能曲线 图3-2　某锅炉给水泵的调速性能曲线和阻力曲线 风机的性能曲线呈梳状，一般通过入口风门调节风量和风压，随着风门（叶片）开大，风机的出口风量和风压都沿阻力曲线增大，其等效率曲线是一组闭合的椭元。这一点是与水泵的性能曲线不同的：对于水泵，一般通过出口阀门调节流量和压力，当出口阀门开大时，流量增大，而压力却减小；当阀门关小时，流量减小，压力则增大，见图3-1、图3-2所示。对于水泵，阀门开度的变化改变的是阻力曲线（陡度）；而对于风机，风门开度（叶片角度）的变化改变的是风机的P-Q特性曲线，而与阻力曲线无关。风机水泵所消耗的轴功率，则都与压力和流量的乘积成正比，但风机的轴功率随着风门开大而增大，而水泵则当其流量增大到一定程度后，其轴功率随着流量的增大增加不多甚至反而减小。 1.4 水泵拖动系统的主要特点 叶片式水泵的负载特性属于平方转矩型，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。水泵在满足三个相似条件：几何相似、运