泵与风机性能参数及电动机功率的选择

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(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

0 引言

泵与风机是将原动机(本文指电动机)的机械能转换为被输送流体(液体、气体)的压力能和动能的一种动力设备。输送液体的为泵，输送气体的为风机，因为输送的都是流体，各个性能参数的物理意义基本相同，其相关计算也有相似之处，这是将泵、风机一起叙述的主要原因。

电动机与泵或风机配套使用，为能够满足泵及风机的需要，生产厂家应对泵及风机的各种参数有所掌握，并能对功率等主要参数进行相关计算，这不仅为开发泵或风机等专业化电机奠定了基础，而且当泵及风机整套设备在使用中出现问题时，可以根据实际运行情况，全面查找问题，为有效地解决问题提供理论数据。

1 流量

流量是指单位时间内所输送的流体数量，可以用体积流量Qv表示，单位是m3/s或m3/h；也可以用质量流量Qm表示，单位是kg/s或t/h，体积流量与质量流量之间的关系为

Qm=ρQv(kg/s)

(1)

式中,ρ—流体密度，kg/m3。

当温度为0℃时，水的密度ρ=1000kg/m3，空气密度=1.293kg/m3。

2 能头

2.1 泵的能头

泵的能头也称为扬程，指单位重量液体通过泵后所获的能量，即流体从泵的进口断面到泵出口断面所获得能量的增加值，用符号H表示。水泵的扬程为

H=E2-E1

(2)

式中，E2—泵出口断面处单位重量液体的机械能头，m；E1—泵进口断面处单位重量液体的机械能头，m。

(3)

式中，F1、F2—泵进出口断面处液体的表压力，Pa；v1、v2—泵进出口断面的绝对速度，m/s；Z1、Z2—泵进出口断面中心到基准面的距离，m；g—重力加速度。

因此泵的扬程

(4)

2.2 风机的能头

风机的能头称全压或风压，包括静压和动压。全压是指单位体积气体流过风机时所获得能量的增加值，用符号F表示，即

(5)

式中，F1、F2—风机进出口断面处气体压力，Pa；v1、v2—风机进出口断面处的平均速度，m/s；Z1、Z2—风机进出口断面中心到基准面的距离，m；ρ—气体密度(kg/m3)。

通常风机风压需要用全压F表示，全压包括静压Fst和动压Fd两部分。

F=Fst+Fd

(6)

3 功率与效率

泵与风机的功率分为有效功率、轴功率和电动机功率。

3.1 有效功率是指单位时间内通过泵或风机的流体所获得的功率，即泵或风机输出功率，符号Pe，单位kW。

3.2 轴功率是指电动机传到泵或风机轴上的功率，称输入功率，符号P，单位kW。

3.3 效率是指泵与风机的有效功率(输出功率)与轴功率之比，符号η。

(7)

由于电动机轴与泵或风机的轴联接存在机械损耗，考虑到传动效率，电动机的功率应比轴功率大。

(8)

式中，Pq—电动机功率；ηs—传动效率。

3.4 功率计算

(1)水泵的有效功率Pe=ρgQvH，如果以kW计算，则

(9)

(2)风机的有效功率

(10)

式中，Qv—体积流量，m3/s；H—扬程，m；F—全压，Pa。

离心风机静压Fst的有效功率

(11)

(3)泵的轴功率P，应该是泵与风机有效功率与泵和风机的效率之比。

(12)

(4)风机轴功率

(13)

(5)电动机功率Pq

泵的电动机功率计算

(14)

风机的电动机功率计算

(15)

4 电动机功率的选择

理想情况下，我们可以按上述计算的轴功率选择电动机功率。但实际安装和运行时，会出现传动损耗、过载等现象，所以应考虑一定的系数，留有一定裕量，但余量不能过大，如果太大，电机将会出现低负载运行，系统效率会大大降低，浪费电能。因此选原动机功率为

(16)

(17)

式中,K—电动机裕度系数。

传动方式与传动效率见表1，K值见表2。

表1 传动方式与传动效率

表2 电动机功率与系数K值

泵及风机所需的轴功率和电动机的输出功率，因传动方式的不同而不同，从表1可以看出相等或不相等。这里必须考虑传动效率，如果已知泵及风机的功率，确定电动机功率可按表1及表2进行计算，我们不能认为电动机的额定功率就是泵及风机的轴功率。

5 功率、转矩、转速之间关系

拖动泵与风机的原动机一般都为电动机，泵与风机输送的物质均为流体(即液体与气体)，有其共同的特点，均为二次方负载。泵与风机的轴功率、转速n和转矩M有如下关系(包括电动机)。

(1)转矩M与转速n的平方成正比，即M∝n2；

(2)功率P与转速n的立方成正比，即P∝n3。

6 结语

电动机在各种系统中都是动力来源，拖动泵或风机类负载时，出现故障往往都体现在电机上，如无法起动、电机温升高等问题，但这不一定是电机自身问题，可能是系统参数或电机的选择存在问题，我们必须对泵及风机的基本参数进行分析计算，找到系统出现问题的根本原因。所以掌握泵及风机的一些基本性能和简单计算，对发现问题、解决问题是十分必要的。

[1] 郭立君. 泵与风机.中国电力出版社，1997.

[2] 商景泰. 通风机手册.机械工业出版社，1994.