實用、快速的水泵能耗在線估算

   上海浦東威立雅自來水有限公司    馮雪松

　　摘要： 根據物理概念推導出了水功率公式，根據所推導的公式，隻要測得常規的水泵流量、揚程、耗電量，即可估算出機泵的運行效率。

　　【關鍵詞】 水泵 能耗 水功率公式 效率

　　一、前言

　　水泵是水行業中耗能最大的設備，在其使用壽命内，它所消耗能源的價值相當于本身價值的1~80倍，而一輛汽車在其使用壽命内，平均所消耗燃料的價值相當于本身價值。因此保持水泵經常性的在高效區間運行，準确掌握水泵運行工況對于供水可靠性和節能降耗有十分重要意義。下文介紹的是運行中的水泵，隻要測得常規數據就能估算出水泵機組的能耗參數。

　　二、水功率公式推導

　　把一定體積的水在單位時間内提升到一定的高度，需要外界動力。現假設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。

　　單位時間内所作的功為功率

　　P=W/t=（VDgH）/t=QDgH （2）

　　式（2）中Q--單位時間内的流量，單位為m3/s。

　　在工程上常把Q以每小時的流量為單位，則式（2）成為

　　P= HQ/(0.102×3600)= HQ/367.2  （3）

　　式（3）是每小時提升某一水量至某一高度時的功率計算式，P稱水功率或水馬力。

　　三、水泵能耗估算

　　供水行業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為每千立方米水的耗電量。它表示電度表數除以流量。一般工業用的水泵運行效率都在ηp=80%以上，電動機效率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）

　　上式說明每千立方米的耗電量是正比于揚程的。若設出廠揚程為35m，則供1000 m3水的耗電量應不大于3.782×35=132.37kW·h。若實際供1000 m3水的耗電量大于此值時，則這台泵組的運行總效率小于ηpηm=0.8×0.9=0.72。水泵效率小于0.8，或電動機效率小于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随揚程而變化的，不同揚程每千立方米的耗電量是不同的，因此隻有在相同的揚程下作比較才有意義。這個單位揚程包括泵的進水揚程，亦稱全揚程。

　　現設泵組總效率 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）

　　這是一個很有用的估算值。一台水泵或一組泵群，在實際運行時的每千立方米/每兆帕的耗電量與277.778的比值，就是泵組的總效率。

　　四、計算實例

　　淩橋水廠出水泵房中有兩台泵組在運行，運行記錄見下表。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。

　　水泵吸入揚程是2.05+0.80=2.85m，将2.85除以102後為0.028MPa。水泵全揚程為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/每兆帕的耗電量稱為配水單位電耗。它表示電度表數除以流量再除以全揚程。

　　2）27#泵每千噸水/每兆帕的耗電量=888/（7.23×0.348）=352.9 kW·h。

　　因為效率為100%時的每千噸水/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。因為泵組總效率η=ηpηm，所以泵的效率Pη=0.77/0.92=0.84（設電動機效率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（設電動機效率ηm =0.92）。

　　五、結語

　　評價水泵是否經濟運行，要從整個系統去分析研究。供水管網的揚程和流量是時刻變化的，當系統發生變化時，水泵工況點就會發生變化。為了掌握水泵機組的運行工況，有許多測試方法，如水力學方法、熱力學方法，水泵流量－揚程工作特性曲線的測試等等。在測試時，往往需控制閥門開啟度及管道的切換，還需電氣線路的連接，過程複雜。上述的測試方法其管路、電路不需任何變動，非常簡單，特别适用有多台水泵的泵房，是一種即實用又快速的水泵能耗在線估算。需要注意的是，測試時水泵的進出水閥門必須處在全開狀态，否則還得計及閥門的損耗。

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