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水泵系統節能培訓

		點擊數：	更新時間： 2021年10月18日
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泵系統節能培訓
培訓內容
概述
泵系統的基礎知識
泵系統的設計和運行
泵系統的優化的機會和措施
泵系統評估和經濟性
一、概述
泵的應用
泵系統的組成
泵系統的能源利用現狀
1.泵的應用
工業領域：泵系統耗電占工業系統能耗20%以上。
商業領域：供熱、通風、空調（HVAC）。
市政領域：自來水和污水的輸送。
    據統計：泵系統耗電量約占到全世界發電量的20%和工業系統用電量的25-50%。在我國，泵的用電量約占全國用電量的20.9%。 
不同的流體系統所泵送的流體可用于不同的使用場合
泵送流體支持另一種產品
散熱或供熱
產生動力

泵送的流體本身就是產品 
油輸送
自來水
備注：5
2.泵系統的組成
A
B
C
D
E
F
G
J
K
I
H
A 泵
B 液位指示
C 水池
D 電機
E 電機控制器
F 節流閥 
G 旁通閥
H 熱交換器 （終端設備）
I 儀表線 
J 泵出口管
K 泵入口管
泵系統節能潛力 
在美國，泵系統耗電量要占到其工業用電量的25%左右。根據美國能源部進行的“電機系統市場機會評估”結果，泵系統是美國工業系統能效提高存在機會最大的領域，大量案例顯示：通過較好的系統設計和對現有系統進行優化，可以實現20%甚至更多的能源費用節省，并且還指出了一些比較大卻常被忽略的節能機會。

在我國，泵的用電量約占全國用電量的20.9%。調查顯示：和國外相比，我國沒有改造的泵類產品效率平均比國外低3-5%，而整個系統的效率同比低20%左右，具有非常大的節能潛力。國內大量研究和成功案例表明：應用系統方法在對系統進行全面地測試分析基礎上，應用最合適的手段對泵系統進行優化，可以達到30-50%的節能效果。 
維護成本
20％
能源成本
32％
二、泵系統基礎知識
泵的分類
泵的主要性能參數
容積泵
離心泵
系統曲線和泵的運行工況點
相似定律
1.泵的分類
離心泵和容積泵的區別
容積式泵 27%
離心式泵 73%
離心泵是我們關注的重點！
離心泵是一種要連續添加能量的泵
容積泵是周期性把能量增加給一定量水的泵
2.泵的主要性能參數
流量
揚程
單位時間內泵所輸送的流體量稱為流量。流量用符號Q表示，其單位常用m3/h，m3/min和m3/s。
泵所輸送的單位重量的流體從進口到出口的能量水頭增值稱為揚程。揚程用符號H表示，其單位為m,習慣稱為米液柱高。
泵轉子每分鐘旋轉的圈數稱為轉速，以n表示，單位為r/min。
轉速
功率
效率
輸入功率：又稱軸功率，是指原動機傳遞給泵軸上的功率，以P表示，單位為kW。
輸出功率：又稱有效功率或水功率，是指被泵輸送流體獲得的功率。
泵的輸入功率不可能全部傳遞給被輸送的流體，其中必有一部分能量損失。被輸送的流體實際得到的功率與泵的輸入功率的比值稱為泵的效率，以符號η表示。 
功率
效率
輸入功率：又稱軸功率，是指原動機傳遞給泵軸上的功率，以P表示，單位為kW。
輸出功率：又稱有效功率或水功率，是指被泵輸送流體獲得的功率。
泵的輸入功率不可能全部傳遞給被輸送的流體，其中必有一部分能量損失。被輸送的流體實際得到的功率與泵的輸入功率的比值稱為泵的效率，以符號η表示。 
功率
效率
輸入功率：又稱軸功率，是指原動機傳遞給泵軸上的功率，以P表示，單位為kW。
輸出功率：又稱有效功率或水功率，是指被泵輸送流體獲得的功率。
泵的輸入功率不可能全部傳遞給被輸送的流體，其中必有一部分能量損失。被輸送的流體實際得到的功率與泵的輸入功率的比值稱為泵的效率，以符號η表示。 
氣蝕余量
有效汽蝕余量 (NPSHA)
泵的汽蝕余量是指單位重量的液體從泵吸入口流至葉輪進口壓力最低處的壓力降低量，國外稱為凈正吸入壓頭 (NPSH)。 
有效汽蝕余量 (NPSHA)指泵吸入口處單位重量的液體所具有的超過飽和蒸汽壓力的富裕能量,它是系統和流量的函數。
必需汽蝕余量（NPSHR）是指單位重量的液體從泵吸入口流至葉輪葉片進口壓力最低處的壓力降落量，它是泵及流量的函數。 
必需汽蝕余量（NPSHR）
有效汽蝕余量 (NPSHA)大于必需汽蝕余量（NPSHR），泵才不會出現汽蝕現象。 
3.容積泵

應用場合：
高壓力/低流量應用工況場合

高粘性流體介質應用工況場合
 
精確控制流量的應用工況場合 
4.離心泵

離心泵分類
葉片形狀（徑流式，混合式，軸流式）
葉片側壁（全開、半開、封閉）
吸入類型（單吸或雙吸）
級數（單極或多極）
收集器（渦殼或擴散體形）
方位（立式或臥式）
備注：19
20
徑流泵
混流泵
軸流泵
離心泵揚程和流量的關系

泵增加了壓力（能量）到流體上
泵輸送:高壓力/低流量或者高流量/低揚程 
可靠性和能耗取決于泵的運行工況點。
備注：21
備注：21
備注：Energy added to the fluid is Hydraulic Energy.  It does not include the motor and pump losses.

50
40
30
20
10
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
銘牌數據應用到某一特定的運行點
最佳效率點：
715 m3/h, 30 m
揚程-流量曲線

備注：22
備注：This type of curve, which shows the total head developed by the pump as a function of flow rate is commonly called a pump head/capacity curve, or H/Q curve.
Other attributes of pump performance, such as brake horsepower, efficiency, and net positive suction head vs. flow rate are also commonly plotted.  We will look at some of those later.
Just for interest, if the speed at which this pump curve was developed was 1185 rpm, what is the pump's specific speed?

Ns = 1185 ? (715)0.5
            (30)0.75

= 2471
(This particular pump is used in waste water treatment service, by the way).
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
100
80
60
40
20
0
軸功率, kW
離心泵功率－流量曲線
壓頭曲線
軸功率曲線
備注：23
備注：The shaft power is, just as the name suggests, the power that is transmitted from the motor through the coupling, to the pump shaft.  Like the head curve, this curve is generally plotted for a fixed operating speed.
Note that the shaft power is not the motor input power, which can usually be measured in the field, but the motor output power, which generally cannot.  However, a good estimate of shaft power can be developed if the motor efficiency at the different load conditions is known.
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
不同的泵具有不同等性能曲線
泵2
泵1
備注：24
100
80
60
40
20
0
軸功率, kW
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
不同的泵具有不同的軸功率曲線
泵 1
泵 2
備注：25
100
80
60
40
20
0
效率, %
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
泵2

泵1

不同的泵具有不同的軸功率曲線
備注：26
備注：Why do the two pumps have such different shaped performance curves?
Because they were designed for different applications.  Pump 1 is a single suction, 2 vane impeller, designed for use in waste water applications; it is capable of passing a 4-inch ball.  Pump 2 is a double suction, 5 vane impeller, designed for operation with clean water (used in a tower water application).
These differences are largely responsible for the difference in maximum efficiency.  But note that the Pump 1 efficiency curve is generally flatter over the range from 500 to 1000 m3/hr; also note that its head curve is almost linear and its bhp curve is constantly rising.  The difference in these performance characteristics are also the result of differences in the intended use (and thus design).
揚程
(ft)
流量(GPM)
效率（%）
性能曲線
效率曲線
離心泵性能曲線
5.系統的性能曲線

主要是靜壓頭
全部是摩擦阻力壓頭
兩種系統類型
泵要克服的系統揚程由兩個基本部分組成：靜揚程和管道阻力揚程。
30
25
20
15
10
5
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
 流量, m3/h
管道阻力壓頭
全揚程
靜揚程/
固定不變
備注：29
應用實例
靜壓頭起主導作用的系統包括：
冷卻塔泵系統      
污水處理裝置的注水泵系統

大部分/全部為摩擦阻力的系統包括：
封閉的循環冷卻水系統 
廢水處理廠的污水泵系統
備注：30

泵要克服的系統揚程為靜揚程（Hstat）和阻力揚程（Hj兩者之和。 
        首先讓我們了解一下只具有靜水頭（無摩擦阻力）的系統——類似于從一個儲水池泵送到另一個儲水池的系統。
備注：32
系統靜揚程

p＝靜壓（絕對壓力） （Pa）
ρ＝流體密度   （kg/m3）
g＝重力加速度 (9.81m/s2)
h＝液位差 (m)
靜壓頭不隨流量變化——三個靜壓頭曲線
30
25
20
15
10
5
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
備注：34
由于水功率與流量成正比，所以理想狀態下功率隨流量線性增加。
70
60
50
40
30
20
10
0
流體功率, kW
1000
800
600
400
200
0
15 m
20 m
25 m
流量, m3/h
備注：35
但實際情況如何呢？
在現實世界中，摩擦阻力總是存在的（流體之間及流體和管壁之間）

那么，實際的摩擦阻力與伯努利方程到底偏離多少呢？

在實際系統中，有時多，有時少。
備注：36
考慮到摩擦阻力，對伯努利方程作如下修改：
1
2
+         + Z1     =
 V12      P1    
 2g      ?g  
(
)
+         + Z2
 V22      P2    
 2g      ?g  
(
)
由于摩擦阻力損失，點2的水利能量比點1低，因此我們在方程的右側增加一項。

+ ?hf 
備注：37
管道系統中哪些地方會導致阻力損失呢？
管壁
閥門                 
彎頭
三通                 
漸縮管/漸擴管 
膨脹節
容器進口/出口
(換句話說，幾乎泵送流體經過的每個地方都存在截流損失，流體本身也存在摩擦損失）
（
備注：38
系統阻力揚程
Hj ＝整個系統阻力損失
Hjf＝管道沿程阻力損失
Hjs＝局部阻力損失
管道阻力損失的計算通常是建立在達西—威斯巴克方程基礎上的
該方程對于了解哪些參數影響管道阻力損失是非常有用的。
     Hjf =	摩擦導致的壓降
	λ=	摩擦系數
	L	=	管道長度
	d	=	管道直徑
		=	流量壓頭
Hjf = λ ?      ?
L
d
V2
2g
V2
2g
備注：40
備注：By just looking at the terms in this equation, we can quickly identify some relationships between frictional pressure drops and the other parameters:
Double the:		Effect on pressure drop
friction factor, f			Doubled
length, L			Doubled
pipe diameter, d			Halved
fluid velocity, V			Quadrupled
velocity head, V2/2g 			Doubled
But note that some of these parameters are interrelated, and that certain changes can be extremely significant.  For example, assume that the volumetric/mass flow rate must remain constant.  If the diameter of the pipe is doubled, the area is quadrupled.  The velocity thus goes down by a factor of four to maintain the same volumetric flow rate.  The velocity head term, V2/2g, is thus 1/16 of what it was for the original case.  That fact, plus the diameter's presence in the denominator, results in the head loss being multiplied by 1/(25),  or 1/32*!  This effect is particularly significant in regards to the buildup of foreign material, such as mussels, on pipe walls.  A 10% reduction in diameter would thus cause almost a 70% increase in friction loss.
By the way, Henry Darcy was a French engineer who did pipe-flow experiments in 1857 on the effects of pipe roughness on frictional losses.  Julius Weisbach was a German professor who published a book on hydrodynamics in 1850.

備注：*	Note that the friction factor, as we’ll see shortly, is independently affected by the pipe diameter and the velocity, so this isn't exact.
摩擦系數代表許多影響因素
摩擦系數受以下因素影響：
管道粗糙度 
流體黏度
管道尺寸    
流體速度
Hjf = λ ?      ?
L
d
V2
2g
備注：41
備注：Colebrook equation:
備注：f	=	friction factor
? 	=	surface roughness                   
d	=	diameter
R	=	Reynolds number =
備注：V	=	velocity
D	=	pipe diameter
?	=	viscosity
備注：1                             ?           2.51
f                            3.7d     R     f
備注：=
備注：-2 log10
備注：+
備注：(
備注：)
管道部件阻力損失主要也是建立在實驗數據基礎上的
對于管道部件，摩擦阻力主要取決于速度壓頭
Hjs = K ?
V2
2g
K	=	損失系數

=	速度壓頭
K是尺寸的函數，對于閥門，還是閥門類型，閥門開度的函數。

V2
2g
備注：42
備注：Notice the similarity of the component head loss equation and the Darcy-Weisbach equation we looked at for pipe friction loss.  
Unfortunately, estimates of the loss coefficient K for valves and other components are often available only as a fixed number for the particular component type (perhaps as a function of size), even though the coefficient certainly varies not only with size, but with Reynolds number and the specific design features of the component (particularly valves).
Even though losses associated with components are sometimes referred to as minor losses, in reality they are sometimes very significant or dominant part of the overall system friction, particularly in the case of throttled valves.

各種管道部件的一些典型K值
部件                      部件K值
90°標準彎頭  90°              0.2 - 0.3
90°長徑彎頭 90°             < 0.1 - 0.3
方邊進口（容器）                    0.5
進入容器的出口                       1
止回閥                               2
閘閥（全開）                    0.03 - 0.2
球形閥（全開）                     3 - 8
蝶閥（全開）                     0.5 - 2
球閥（全開）                    0.04 - 0.1
備注：43
備注：Note that the adjective typical could appropriately be interpreted to mean:

“This is a crude estimate that should be used only if you don’t have more specific information for the particular component.”

The Hydraulics Institute (Engineering Data Book), Crane Company (Technical Paper No. 410), Ingersoll-Dresser (Cameron Hydraulic Data) and others have compiled and published loss coefficient curves for various fittings as a function of component type and size.  Manufacturers of valves, particularly control valves, can provide loss coefficients* as a function of valve position.  Throttled valves can result in significantly greater head loss.

備注：*	Actually, a corollary term, Cv , called the flow coefficient, is more commonly used with control valves.  The flow coefficient is used in an equation: Q = Cv  ?P0.5, where Q is in units of gallons per minute, ?P is pounds per square inch pressure drop across the valve, and Cv  therefore has the units of gpm/(psid)0.5 .
	
	In metric units, the flow coefficient is often referred to as Kv (which creates some confusion with the loss coefficient K).  For flow and pressure units of m3/hr and bars, Kv = 0.865 x Cv.
工程上：
6.泵的運行工況點

離心泵
容積泵
流 量  
揚程

靜揚程 
系統曲線 
泵性能曲線 
工作點

流 量  
揚程

靜揚程 
系統曲線 
泵性能曲線 
工作點
7.相似定律
當轉速改變時性能參數的換算 
當密度改變時性能參數的換算 
Q＝流量 H＝揚程 N＝功率 n＝轉速 ρ＝密度  
四、泵系統的設計和運行
管道尺寸的選擇
泵的選型
泵的聯合運行
系統流量的控制方法
泵系統運行的常見問題
1.管道尺寸的選擇
整個泵和系統的安裝費用

工藝要求的最低流速（例如，避免沉淀）

工藝要求的最小內徑（例如，固體輸送）

為了最小化管道和附件侵蝕的最大流速

市場上可供選擇標準管徑
選擇依據：
速度增加

管道尺寸增加
管道系統成本

泵成本

能源成本
總成本
成本
管道以及附件的初投資降低；

管道尺寸減小：
管道以及附件的初投資降低；
泵和電機的初投資增加； 
管道尺寸對泵系統生命周期費用影響示意圖
能源費用增加。
2.泵的選型
多級動力式泵
雙吸單級泵
單吸單級泵
混流泵
軸流泵
流量 (m3/h)
揚程 
(m)
單通道、徑向葉片或漩渦泵
壓頭
(ft)
流量(GPM)
離心泵系列型譜

流量(GPM)
等效率線
壓頭/流量曲線
壓頭
(ft)
葉輪規格
7”
6”
5”
4”
不同尺寸葉輪的性能曲線
8”
3.泵的聯合運行
并聯運行

兩臺泵并聯時總流量為每臺泵流量之和，即qA＝2qB，每臺泵產生的揚程與總揚程相等，即HA=HB。并聯后泵的總流量增加，但就每臺泵而言，流量比單獨運行時有所減少，即qB＜qC。 
串聯運行

總流量與串聯工作的每臺泵的流量相等，即qA=qB。
總揚程為串聯工作時每臺泵揚程之和，即HA=2HB。
與一臺泵單獨在該系統中運行比較，串連后總揚程和總流量都增加了，而每臺泵串聯運行時的揚程比它單獨運行時降低了。串聯臺數越多，每臺泵與它單獨運行時相比，揚程下降也越多。
管路性能曲線越陡峭，串聯后揚程增加越明顯。

4.系統流量的控制方法
節流閥控制

旁通控制

泵轉速控制

泵運行臺數控制
節流控制
旁通控制
Q1	N1
Q2	N2
(
)
(
)
=
H1	N1
H2	N2
(
)
(
)
=
1
2
P1	N1
P2	N2
(
)
(
)
=
3
泵轉速控制
5.泵系統運行常見問題
系統問題
泄漏
閥門問題
管道支架
離心泵問題
氣蝕及內部回流
密封和盤根問題
泵軸偏差
泵殼
流動
方向
 葉輪   
轉動方向
擴散體
切水線
蒸汽泡形成，然后劇烈破裂，腐蝕葉輪表面
離心泵氣蝕
泵的密封方法
泵軸
彈簧
泵殼體
動態密封面
密封環
密封腔
機械密封
靜態密封面
盤根
盤根密封環
盤根壓蓋
泵軸
四、泵系統優化的機會和措施
優化系統管路配置
泵選型過大
多泵配置
大小泵配置
葉輪切削
應用變速驅動
傳統的泵系統
10 kW
2 kW
泵損耗
電機損耗
旁通損失
局部阻力損失
沿程阻力損失
閥門損失
100 GPM
固定轉速
10
GPM/kW
有用能
10 kW
100 GPM
最大流量: 175 GPM
正常流量: 100 GPM
備注：63
備注：The BLUE ARROW(s) represents the amount of energy necessary for process flow. 
The RED ARROW(s) represent the excess energy WASTED in a typical pump system.
Recirculation lines
Flow Control Valves – By design, there should always be some waste through a FCV. The issue is that pumps are so frequently oversized that these valve operate at 20-40% open just to burn off WASTE energy.

Excess Energy MUST BE DISSAPATED!
Our plant assessments show that, on average, pumps are oversized (in terms of power) by at least 25%.  This means that with a 100HP pump, at least 25HP worth of work must be dissipated by the pump and surrounding system. What would a 25 HP jackhammer do to your plant?
泵系統優化的最終目標
最終
目標
流體
系統
泵
聯軸節
電機
電機斷路器/啟動器
變壓器
供電線路
變速驅動
 在每一個接口處都會存在效率損失。目標是泵系統的總效率最大化，或者是單位功率輸入輸送盡量多的流體。

對于中央空調系統，則要達到輸送單位冷量消耗的水泵功率最小，日本提出了28.6W/kW的標準。
75kW 電機的效率曲線
96
95
94
93
92
91
90
效率, %
100
75
50
25
負載率, %
2-pole
4-pole
6-pole
8-pole
對于泵系統而言，電機是非常小的影響因素。
備注：65
備注：The motor performance characteristic curves shown here were constructed based on the MotorMaster+ database values for Design B motors.   The average efficiencies of energy efficient motors (exceeding NEMA MG 1 Table 12-10 values) was calculated, and polynomial fits were used  to create the curves shown.
It is worth noting that there may be a few percentage points of efficiency that can be gained if the motor in service is very old or degraded.  It will almost never be cost effective to simply replace a standard efficiency motor with a premium efficiency motor, however (as long as the existing motor is functional).
The synchronous speed of an induction motor is calculated as:
Synchronous rpm = 7200 ? number of poles
Induction motors don't run at quite the synchronous speed - they slow down slightly as load is increased.  The difference between actual and synchronous speed is called slip.  Slip tends to be smaller for newer, energy efficient motors than older, standard efficiency motors, meaning that the energy efficient motors run a little faster for a given load.  And as we've seen, the pump shaft load is roughly proportional to the cube of the speed, so simply replacing an old motor with a new, premium efficiency motor won't necessarily reduce energy consumption - it may actually increase it!
尋找泵系統節能的有效方法
電機輸出功率 
電機效率
電機輸入功率 (kw) =

最終,電機運行費用=電機輸入功率*運行時間*電價

水力功率
泵效率
泵輸入功率 (kW) =
(或電機輸出功率)
Motor
Pump
m3/hr · m · 比重
367
流體功率 (kW) = 
備注：66
41500
33200
24900
16600
8300
0
年摩擦阻力損失費用
5000
4000
3000
2000
1000
0
流量, m3/h
30m長新管每年的摩擦阻力費用（電價0.83元/kWh,聯合效率70%）
300
400
500
600
750
900
1 m/s
1.5 m/s
2 m/s
1.優化系統管路配置
優化設計管路系統
備注：67
不正確
對管道進行正確的選型并安裝可以避免氣袋的形成
正確
允許形成氣袋的空間
與泵相關的管道配置問題
不正確
正確
允許形成氣袋的空間
固定斜率

Space which allows an air
pocket to form

不正確
正確
允許形成氣袋的空間
在泵的上游建立均勻的流場分布，在泵的進口處應當采取直管段。
導流裝置
（轉動葉片）

管道導流裝置圖
管道配置優化原則
建議入口流速不超過1.5m/s，最大限度減小泵進口側壓頭損失以降低產生氣蝕的風險。 
吊架
吸入口
出口
臥式分體泵
電機
吊架
正確支撐入口和出口管道系統

2.泵選型過大
泵選型過大的表現
流動噪音過大
閥門過度節流
旁通管線流量過大
頻繁的軸承和密封維護
泵選型過大的改進措施
葉輪調整

應用變速驅動
利用小型泵加強大型泵的使用效能
3.多泵配置
運行靈活
流量（GPM）
單泵運行
雙泵運行
三泵運行
泵性能曲線
系統性能曲線
揚程
（ft）
多泵并聯運行性能曲線

優點
可靠性高
維護保養成本降低
效率高
50
40
30
20
10
0
揚程, m
2000
1500
1000
500
0
流量, m3/h
增加一臺泵的效果取決于系統的性質
1 臺泵
2臺泵
925 m3/h
1112 m3/h
1600 m3/h
多泵并聯運行對于靜壓頭起主導作用的系統是理想選擇
備注：76
4.大小泵配置
泵間歇運行
適用場合
水池入口管道
出口管道
電機
泵
電機控制箱
高水位開關
低水位開關
吸入口
在高負載期間高流動噪音、氣蝕及管道系統的振動現象消失了
5.葉輪切削
系統的大多數旁通閥打開，表明系統設備內的流量過大
適用范圍
系統需要過分節流來控制流到系統或工藝的流量
存在高噪音或者振動等級表明流量過大
泵遠離其設計點運行
切削原理
Q = 流量
H = 揚程
BHP =電機功率（下標1 = 原始泵，下標2 =經過葉輪切削后的泵）
D = 直徑

葉輪調整對泵性能的影響
流量(GPM)
系統性能曲線
葉輪調整后的泵性能曲線
葉輪切削之后泵的工作點
使用原來葉輪的泵的性能曲線
希望的流量
葉輪切削之前泵的工作點
揚程
(ft)

葉輪切削的優點和限制
優點
限制
節能

降低管道系統、閥門和支架的磨損

降低運行和維護保養成本
效率下降

葉輪直徑很少降低到低于原始尺寸的70%

產生氣蝕的可能性增加

50
40
30
20
10
0
揚程, m
800
600
400
200
0
流量, m
3
/h
70
60
75
78
80
82
75
78
80
82
70
83
84
289 mm
251 mm
213 mm
備注：82
5.應用變速驅動
系統的大多數旁通閥打開，表明系統設備內的流量過大
適用范圍
系統需要過分節流來控制流到系統或工藝的流量
存在高噪音或者振動等級表明流量過大
泵遠離其設計點運行
不同控制方式比較
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1200
1000
800
600
400
200
0
流量, m
3
/hr
100% speed
90%
80%
70%
40
50
70
60
75
75
當泵速度變化時，相似定律保持的非常好！
80
80
80.5 (BEP)
78
78
備注：85
假設：全阻力系統、全靜揚程系統和混合系統在100%轉速時處于同一工作點。如果該三種系統降低泵轉速會發生什么？
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
流量, m
3
/h
800 m3/h, 27.5 m (79.5 kW)
備注：86
備注：Here we have the same pump, but with three alternative system configurations.  Obviously, the three systems were picked to have an intersection point at a head and flow condition that also intersected with this particular pump's curve.

But note that this is a unique point.  As one moves to higher or lower flow rate conditions, the heads for the three systems diverge.  Note, for example, the tremendous difference between the heads required at 400 m3/hr (half the flow rate for the above situations) for the three systems.  This is an extremely important factor in optimizing systems when the system requirements change over time.  We will subsequently compare the merits of alternative designs for different system types,  
對于全摩擦阻力系統，改變速度泵效率不變。
100% 轉速
90%
80%
70%
40
50
70
60
75
75
80
80
80.5 (BEP)
78
78
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1200
1000
800
600
400
200
0
流量, m
3
/hr
備注：87
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1200
1000
800
600
400
200
0
流量, m
3
/hr
在帶有靜壓頭的系統中，隨著速度變化泵效率也變化
100% 轉速
90%
80%
70%
40
50
70
60
75
75
80
80
80.5 (BEP)
78
78
備注：88
50
40
30
20
10
0
1200
1000
800
600
400
200
0
流量, m
3
/h
對于只有靜壓頭的系統，效果更具有戲劇性
100% 轉速
90%
80%
70%
40
50
70
60
75
75
80
80
80.5 (BEP)
78
78
揚程, m
備注：89
如果系統的實際流量需求為 400 m3/h （原流量需求的一半），那么… …
備注：90
50
40
30
20
10
0
揚程, m
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
為了使全摩擦阻力的系統產生400 m3/h的流量，速度被降低到原來的50%。
100% 轉速
50% 轉速
400 m3/h, 6.9 m (10.4 kw)
備注：91
50
40
30
20
10
0
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
為了使固定靜壓頭/摩擦阻力的系統流量達到400 m3/h 速度被降低到原來的78.5%。
100% 轉速
78.5% 轉速
400 m3/h, 21.9 m (34.6 kw)
揚程, m
備注：92
50
40
30
20
10
0
1000
800
600
400
200
0
流量, m3/h
為了使全靜壓頭的系統流量達到400 m3/h ，速度被降低到原來的86.5%。
100% 轉速
86.5% 轉速
400 m3/h, 27.5 m (44.7 kW)
揚程, m
備注：93
0	800	100	79.5	10.1	0.099
0	400	50.0	10.4	38.5	0.026
20	800	100	79.5	10.1	0.099
20	400	78.5	34.6	11.6	0.087
27.5	800	100	79.5	10.1	0.099
27.5	400	86.5	44.7	  8.9	0.112
靜壓頭(m)	m3/hr	轉速 (%)	kW	m3/kwh	 kwh/m3
注： 800 m3/h流量的功率值假設電機被直接驅動（ASD被旁通）
備注：94
五、泵系統的評估和經濟性
最佳評估時間的選擇
評估系統的選擇
泵系統的評估方法
泵系統的經濟性
典型的系統分析方法
分析當前的工藝生產需求以及未來的生產發展需求；
了解系統當前的運行狀態和參數；
收集系統運行數據并對其進行分析；
提出替代的系統設計方案和改進；
對潛在的節能方案進行比較，確定技術上最可行、投資回報最合理的方案；
對確定的方案進行實施；
繼續檢測和優化系統；
繼續運行并維護系統，保證系統高效運行。
1.最佳評估時間的選擇
泵的最初選型階段
發現并解決問題階段
系統改進階段
泵低效運行
氣蝕
內部回流 
不良的流量控制
頻繁的維護保養
98
可靠性曲線
泵曲線
氣蝕
軸承、密封壽命減少
最佳應用
出口回流
葉片壽命降低
軸承、密封壽命減少
入口回流
氣蝕
高溫升
最佳效率點
最佳應用
好的應用
流量

揚程
泵的曲線和泵安全性關系
可靠性
備注：98
備注：98
備注：This rather complicated graph depicts the sensitivity of a pump’s reliability to its distance from BEP.
The bell curve is reliability, peaking at BEP.  As you retreat from BEP, the maintenance problems that will be experienced are called out on the pump curve.
For our system, we are operating here, at 0% of reliability vs. the proposed point, here, at maximum reliability.
2.評估系統的選擇
根據設備規格和運行時間進行篩選
系統名稱	設備ID號	額定功率
（kW）	每年運行時間
（hrs）	1000's kW-hrs
冷卻水系統	CW101	10	8760	88
冷媒水系統	S227	50	8760	438
工藝冷卻水系統	CW31	450	6000	2700
鍋爐給水系統	FW16	100	8000	800
污水處理系統	P11	75	4000	300
根據負載類型進行篩選
3.泵系統評估方法
故障征兆法
系統帶有節流流量控制，特別帶有顯著的節流閥；
系統使用常開旁通管進行流量控制或進行泵的最小流量保護；
系統帶有多泵并聯配置，并且泵的運行數量很少改變；
運行操作的周期性或循環啟動/停止模式下的系統，泵的循環非常頻繁；
在泵或系統（諸如節流閥）當中存在顯著的氣蝕噪音。氣蝕，在低等級時所產生的噪音如同碎石被泵送通過系統。而在高等級氣蝕時所產生的噪音如同刺耳的吼叫，對其周圍人們的聽覺是非常有害的。
數據采集和分析
查找供需之間的不平衡 
所測量的流量·所測量的壓頭
所要求的流量·所要求的壓頭
不平衡度（%） =
-1
·100
不平衡實例表
系統	所要求的系統流量
（GPM）	系統揚程需求（ft）	系統實際流量
（GPM）	泵實際揚程
（ft）	不平衡度（%）	是否進一步分析研究?
冷卻水	800	45	800	70	56	是
冷卻水	1400	55	1400	60	9	否
冷卻塔用水	1200	40	2000	50	108	是
軟化水	2000	110	2200	115	15	否
尋找選型不合理的泵 
系統診斷設備
溫度槍、頻閃式轉速計可以測試溫度和水泵電機轉速。
多功能數據記錄儀精確測量水泵揚程、中央空調機組壓力損失、系統阻力和供回水溫度等參數。
電能質量分析儀精確記錄水泵功率、功率因數等電能參數。
超聲波流量計可以精確記錄水泵流量和系統流量的變化。
變速驅動問題
變速驅動被使用于系統揚程的大部分是靜壓頭的系統當中

流量
揚程
系統曲線
在各種轉速下的泵曲線
已經利用變速驅動改進的系統，但是還安裝有高壓降控閥門
4.泵系統經濟性
電費的計算方法
銘牌數據
假設：電機驅動效率為95%，這對于泵電機大于50hp而言是比較合理的。如果泵采用經過多次重繞的舊電機，或者采取更小型電機，那么電機效率應當為80% 
直接測量
測量電流和電壓
直接測量功率
應用泵性能曲線
性能曲線
效率 ％
如知道了泵的總揚程用此線
如果知道了流量用此線
流量（GPM）
 揚程
（ft）

效率

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