泵與風機性能參數及電動機功率的選擇

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(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

泵與風機是將原動機(本文指電動機)的機械能轉換為被輸送流體(液體、氣體)的壓力能和動能的一種動力設備。輸送液體的為泵，輸送氣體的為風機，因為輸送的都是流體，各個性能參數的物理意義基本相同，其相關計算也有相似之處，這是將泵、風機一起敘述的主要原因。

電動機與泵或風機配套使用，為能夠滿足泵及風機的需要，生產廠家應對泵及風機的各種參數有所掌握，并能對功率等主要參數進行相關計算，這不僅為開發泵或風機等專業化電機奠定了基礎，而且當泵及風機整套設備在使用中出現問題時，可以根據實際運行情況，全面查找問題，為有效地解決問題提供理論數據。

1 流量

流量是指單位時間內所輸送的流體數量，可以用體積流量Qv表示，單位是m3/s或m3/h；也可以用質量流量Qm表示，單位是kg/s或t/h，體積流量與質量流量之間的關系為

Qm=ρQv(kg/s)

(1)

式中,ρ—流體密度，kg/m3。

當溫度為0℃時，水的密度ρ=1000kg/m3，空氣密度=1.293kg/m3。

2 能頭

2.1 泵的能頭

泵的能頭也稱為揚程，指單位重量液體通過泵后所獲的能量，即流體從泵的進口斷面到泵出口斷面所獲得能量的增加值，用符號H表示。水泵的揚程為

H=E2-E1

(2)

式中，E2—泵出口斷面處單位重量液體的機械能頭，m；E1—泵進口斷面處單位重量液體的機械能頭，m。

(3)

式中，F1、F2—泵進出口斷面處液體的表壓力，Pa；v1、v2—泵進出口斷面的絕對速度，m/s；Z1、Z2—泵進出口斷面中心到基準面的距離，m；g—重力加速度。

因此泵的揚程

(4)

2.2 風機的能頭

風機的能頭稱全壓或風壓，包括靜壓和動壓。全壓是指單位體積氣體流過風機時所獲得能量的增加值，用符號F表示，即

(5)

式中，F1、F2—風機進出口斷面處氣體壓力，Pa；v1、v2—風機進出口斷面處的平均速度，m/s；Z1、Z2—風機進出口斷面中心到基準面的距離，m；ρ—氣體密度(kg/m3)。

通常風機風壓需要用全壓F表示，全壓包括靜壓Fst和動壓Fd兩部分。

F=Fst+Fd

(6)

3 功率與效率

泵與風機的功率分為有效功率、軸功率和電動機功率。

3.1 有效功率是指單位時間內通過泵或風機的流體所獲得的功率，即泵或風機輸出功率，符號Pe，單位kW。

3.2 軸功率是指電動機傳到泵或風機軸上的功率，稱輸入功率，符號P，單位kW。

3.3 效率是指泵與風機的有效功率(輸出功率)與軸功率之比，符號η。

(7)

由于電動機軸與泵或風機的軸聯接存在機械損耗，考慮到傳動效率，電動機的功率應比軸功率大。

(8)

式中，Pq—電動機功率；ηs—傳動效率。

3.4 功率計算

(1)水泵的有效功率Pe=ρgQvH，如果以kW計算，則

(9)

(2)風機的有效功率

(10)

式中，Qv—體積流量，m3/s；H—揚程，m；F—全壓，Pa。

離心風機靜壓Fst的有效功率

(11)

(3)泵的軸功率P，應該是泵與風機有效功率與泵和風機的效率之比。

(12)

(4)風機軸功率

(13)

(5)電動機功率Pq

泵的電動機功率計算

(14)

風機的電動機功率計算

(15)

4 電動機功率的選擇

理想情況下，我們可以按上述計算的軸功率選擇電動機功率。但實際安裝和運行時，會出現傳動損耗、過載等現象，所以應考慮一定的系數，留有一定裕量，但余量不能過大，如果太大，電機將會出現低負載運行，系統效率會大大降低，浪費電能。因此選原動機功率為

(16)

(17)

式中,K—電動機裕度系數。

傳動方式與傳動效率見表1，K值見表2。

表1 傳動方式與傳動效率

表2 電動機功率與系數K值

泵及風機所需的軸功率和電動機的輸出功率，因傳動方式的不同而不同，從表1可以看出相等或不相等。這里必須考慮傳動效率，如果已知泵及風機的功率，確定電動機功率可按表1及表2進行計算，我們不能認為電動機的額定功率就是泵及風機的軸功率。

5 功率、轉矩、轉速之間關系

拖動泵與風機的原動機一般都為電動機，泵與風機輸送的物質均為流體(即液體與氣體)，有其共同的特點，均為二次方負載。泵與風機的軸功率、轉速n和轉矩M有如下關系(包括電動機)。

(1)轉矩M與轉速n的平方成正比，即M∝n2；

(2)功率P與轉速n的立方成正比，即P∝n3。

6 結語

電動機在各種系統中都是動力來源，拖動泵或風機類負載時，出現故障往往都體現在電機上，如無法起動、電機溫升高等問題，但這不一定是電機自身問題，可能是系統參數或電機的選擇存在問題，我們必須對泵及風機的基本參數進行分析計算，找到系統出現問題的根本原因。所以掌握泵及風機的一些基本性能和簡單計算，對發現問題、解決問題是十分必要的。

[1] 郭立君. 泵與風機.中國電力出版社，1997.

[2] 商景泰. 通風機手冊.機械工業出版社，1994.