泵與風(fēng)機(jī)性能參數(shù)及電動(dòng)機(jī)功率的選擇

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(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

泵與風(fēng)機(jī)是將原動(dòng)機(jī)(本文指電動(dòng)機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為被輸送流體(液體、氣體)的壓力能和動(dòng)能的一種動(dòng)力設(shè)備。輸送液體的為泵，輸送氣體的為風(fēng)機(jī)，因?yàn)檩斔偷亩际橇黧w，各個(gè)性能參數(shù)的物理意義基本相同，其相關(guān)計(jì)算也有相似之處，這是將泵、風(fēng)機(jī)一起敘述的主要原因。

電動(dòng)機(jī)與泵或風(fēng)機(jī)配套使用，為能夠滿足泵及風(fēng)機(jī)的需要，生產(chǎn)廠家應(yīng)對泵及風(fēng)機(jī)的各種參數(shù)有所掌握，并能對功率等主要參數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，這不僅為開發(fā)泵或風(fēng)機(jī)等專業(yè)化電機(jī)奠定了基礎(chǔ)，而且當(dāng)泵及風(fēng)機(jī)整套設(shè)備在使用中出現(xiàn)問題時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，全面查找問題，為有效地解決問題提供理論數(shù)據(jù)。

1 流量

流量是指單位時(shí)間內(nèi)所輸送的流體數(shù)量，可以用體積流量Qv表示，單位是m3/s或m3/h；也可以用質(zhì)量流量Qm表示，單位是kg/s或t/h，體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為

Qm=ρQv(kg/s)

(1)

式中,ρ—流體密度，kg/m3。

當(dāng)溫度為0℃時(shí)，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(yáng)程，指單位重量液體通過泵后所獲的能量，即流體從泵的進(jìn)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(yáng)程為

H=E2-E1

(2)

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

(3)

式中，F(xiàn)1、F2—泵進(jìn)出口斷面處液體的表壓力，Pa；v1、v2—泵進(jìn)出口斷面的絕對速度，m/s；Z1、Z2—泵進(jìn)出口斷面中心到基準(zhǔn)面的距離，m；g—重力加速度。

因此泵的揚(yáng)程

(4)

2.2 風(fēng)機(jī)的能頭

風(fēng)機(jī)的能頭稱全壓或風(fēng)壓，包括靜壓和動(dòng)壓。全壓是指單位體積氣體流過風(fēng)機(jī)時(shí)所獲得能量的增加值，用符號F表示，即

(5)

式中，F(xiàn)1、F2—風(fēng)機(jī)進(jìn)出口斷面處氣體壓力，Pa；v1、v2—風(fēng)機(jī)進(jìn)出口斷面處的平均速度，m/s；Z1、Z2—風(fēng)機(jī)進(jìn)出口斷面中心到基準(zhǔn)面的距離，m；ρ—?dú)怏w密度(kg/m3)。

通常風(fēng)機(jī)風(fēng)壓需要用全壓F表示，全壓包括靜壓Fst和動(dòng)壓Fd兩部分。

F=Fst+Fd

(6)

3 功率與效率

泵與風(fēng)機(jī)的功率分為有效功率、軸功率和電動(dòng)機(jī)功率。

3.1 有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)通過泵或風(fēng)機(jī)的流體所獲得的功率，即泵或風(fēng)機(jī)輸出功率，符號Pe，單位kW。

3.2 軸功率是指電動(dòng)機(jī)傳到泵或風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的有效功率(輸出功率)與軸功率之比，符號η。

(7)

由于電動(dòng)機(jī)軸與泵或風(fēng)機(jī)的軸聯(lián)接存在機(jī)械損耗，考慮到傳動(dòng)效率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)比軸功率大。

(8)

式中，Pq—電動(dòng)機(jī)功率；ηs—傳動(dòng)效率。

3.4 功率計(jì)算

(1)水泵的有效功率Pe=ρgQvH，如果以kW計(jì)算，則

(9)

(2)風(fēng)機(jī)的有效功率

(10)

式中，Qv—體積流量，m3/s；H—揚(yáng)程，m；F—全壓，Pa。

離心風(fēng)機(jī)靜壓Fst的有效功率

(11)

(3)泵的軸功率P，應(yīng)該是泵與風(fēng)機(jī)有效功率與泵和風(fēng)機(jī)的效率之比。

(12)

(4)風(fēng)機(jī)軸功率

(13)

(5)電動(dòng)機(jī)功率Pq

泵的電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算

(14)

風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算

(15)

4 電動(dòng)機(jī)功率的選擇

理想情況下，我們可以按上述計(jì)算的軸功率選擇電動(dòng)機(jī)功率。但實(shí)際安裝和運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)損耗、過載等現(xiàn)象，所以應(yīng)考慮一定的系數(shù)，留有一定裕量，但余量不能過大，如果太大，電機(jī)將會(huì)出現(xiàn)低負(fù)載運(yùn)行，系統(tǒng)效率會(huì)大大降低，浪費(fèi)電能。因此選原動(dòng)機(jī)功率為

(16)

(17)

式中,K—電動(dòng)機(jī)裕度系數(shù)。

傳動(dòng)方式與傳動(dòng)效率見表1，K值見表2。

表1 傳動(dòng)方式與傳動(dòng)效率

表2 電動(dòng)機(jī)功率與系數(shù)K值

泵及風(fēng)機(jī)所需的軸功率和電動(dòng)機(jī)的輸出功率，因傳動(dòng)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(dòng)效率，如果已知泵及風(fēng)機(jī)的功率，確定電動(dòng)機(jī)功率可按表1及表2進(jìn)行計(jì)算，我們不能認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的額定功率就是泵及風(fēng)機(jī)的軸功率。

5 功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速之間關(guān)系

拖動(dòng)泵與風(fēng)機(jī)的原動(dòng)機(jī)一般都為電動(dòng)機(jī)，泵與風(fēng)機(jī)輸送的物質(zhì)均為流體(即液體與氣體)，有其共同的特點(diǎn)，均為二次方負(fù)載。泵與風(fēng)機(jī)的軸功率、轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩M有如下關(guān)系(包括電動(dòng)機(jī))。

(1)轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即M∝n2；

(2)功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，即P∝n3。

6 結(jié)語

電動(dòng)機(jī)在各種系統(tǒng)中都是動(dòng)力來源，拖動(dòng)泵或風(fēng)機(jī)類負(fù)載時(shí)，出現(xiàn)故障往往都體現(xiàn)在電機(jī)上，如無法起動(dòng)、電機(jī)溫升高等問題，但這不一定是電機(jī)自身問題，可能是系統(tǒng)參數(shù)或電機(jī)的選擇存在問題，我們必須對泵及風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，找到系統(tǒng)出現(xiàn)問題的根本原因。所以掌握泵及風(fēng)機(jī)的一些基本性能和簡單計(jì)算，對發(fā)現(xiàn)問題、解決問題是十分必要的。

[1] 郭立君. 泵與風(fēng)機(jī).中國電力出版社，1997.

[2] 商景泰. 通風(fēng)機(jī)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，1994.