水泵选型的原则与步骤 - 图文

水泵选型的原则与步骤

第一节 选用原则

泵是一种面大量广的通用型机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。据79 年统计，我国泵产量达125.6万台。泵的电能消耗占全国电能消耗的21%以上。因此大力降低泵有能源消耗，对节约能源具用十分重大的意义。 近年来，我们泵行业设计研制了许多高效节能产品，如 IHF、CQB、FSB、UHB等型号的泵类产品，对降低泵的能源消耗起了积极作用。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型 不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能源。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。 所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面： 1. 必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点（装置特性曲线

与泵的性能曲线的交点）经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件。

2. 所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较

高的效率。

3. 具有良好的抗汽蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生

汽蚀，运行平稳、寿命长。

4. 按所选水泵建泵站，工程投资少，运行费用低。

第二节 选型步骤

一、列出基本数据：

1、介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。 2、介质中所含因体的颗粒直径、含量多少。 3、介质温度：（℃） 4、所需要的流量

一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。农业用泵如果是采用明渠输水，还必须考虑渗漏及蒸发量。

5、压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降（扬程损失）。 6、管道系统数据（管径、长度、管道附件种类及数目，吸水池至压水池的几何标高等）。

如果需要的话还应作出装置特性曲线。 在设计布置管道时，应注意如下事项：

A、合理选择管道直径，管道直径大，在相同流量下、液流速度小，阻力损失小，但价格高，管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑。 B、排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力。

C、管道布置应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃。

D、泵的排出侧必须装设阀门（球阀或截止阀等）和逆止阀。阀门用来调节泵的工况点，逆止阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击。（当液体倒流时，会产生巨大的反向压力，使泵损坏） 二、确定流量扬程 流量的确定

a、如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。 ? b、如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。

对于ns>100的大流量低其不意扬程泵，流量余量取5%，对ns<50的小流量高扬和泵，流量余量取10%，50≤ns≤100的泵，流量余量也取5%，对质量低劣和运行条件恶劣的泵，流量余量应取10%。 ? c、如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。

?

按照水泵的出口压力为0.60Mpa计算：

如果电机的频率为45赫兹，则扬程为：

60÷（45/50）2 =74.07m

对应的水流量为：300÷（45/50）=333.3m3/h，单台水泵的流量Q=333.3/2=166.65 m3/h

如果电机的频率为44赫兹，则扬程为：

60÷（44/50）2 =77.48m

对应的水流量为：300÷（44/50）=340.91 m3/h，单台水泵的流量Q=340.91/2=170.445 m3/h

如果电机的频率为43赫兹，则扬程为：

60÷（43/50）2 =81.12m

对应的水流量为：300÷（43/50）=348.84 m3/h，单台水泵的流量Q=348.84/2=174.42 m3/h

假设电机工作在43赫兹，水泵的效率为80%，则水泵的轴功率为：

81.12*174.42/（0.8*367.2）= 48.21kw

假设电机工作在44赫兹，水泵的效率为80%，则水泵的轴功率为：

77.48*170.445/（0.8*367.2）= 44.96kw

假设电机工作在45赫兹，水泵的效率为80%，则水泵的轴功率为：

74.07*166.65/（0.8*367.2）=42.02kw

根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件、经济方案比较等多方面因素

2、 考虑选择卧式、立式和其它型式（管道式、直角式、变角式、转角式、平行式、垂直式、直立式、潜水式、便拆式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式、充油式、充水温式）。卧式泵拆卸装配方便，3、 易管理、但体积大，4、 价格较贵，5、 需很大占地面积；立式泵，6、 很多情况下叶轮淹没在水中，7、 任何时候可以启动，8、 便于自动盍或远程控制，9、 并且紧凑，10、 安装面积小，11、 价格较便宜。

3 、根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还油泵、化工泵或耐腐蚀泵或杂质泵，或者采用不堵塞泵。

安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。

4、 振动量分为：气动、电动（电动分为220v电压和380v电压）。

5、根据流量大小，选单吸泵还是双吸泵：根据扬程高低，选单吸泵还是多吸泵，高转速泵还是低转速泵（空调泵）、多级泵效率比单级泵低，当选单级泵和多级泵同样都能用时，宜选用单级泵。

6、确定泵的具体型号，采用什么系列的泵选用后，就可按最大流量，放大5%——10%余量后的扬程这两个性能主要参数，在型谱图或系列特性曲线上确定具体型号。

利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般不会很少，通常会碰上下列几种情况：

A、第一种：交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。或设法减小管路阻力损失。

B、第二种：交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内 ，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需Q、H、，根据其ns和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。

选泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状Q-H特性曲线。

A、 如：要将液位输送到必须维持一定液面高度的容器中去，

B、 此时变稀

C、 望量有较大的变化，而

D、 扬程变化很小，

E、 为次应选用平坦H-O曲线的泵。

F、 有如：把石油送到管式加热炉中去，

G、 若工作中流量变化小，

H、 则炉管中易产生结焦现象。要避免这种情况，

I、希望但流量略有减小时，

J、 管中油的压力有较大增加，

K、 使刚要形成的焦疤被较高液流压力冲刷掉，

L、 这时，

M、 宜选用Q-H曲线较为徒降的油泵。

7、泵型号确定后，对水泵或输送介质的物理化学介质近似水的泵，需再到有关产品目录或样本上，根据该型号性能表或性能曲线进行校改，看正常工作点是否落在该泵优先工作区？有效NPSH是否大于（NPSH）。也可反过来以NPSH校改几何安装高度？

8、 对于输送粘度大于20mm2/s的液体泵，一定要把以水实验泵特性曲线换算成该粘度的性能曲线，特别要对吸如性能进行认真计算或较核。

9、 确定泵的台数和备用率：

对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，（指扬程、流量相同），大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵并联合作：

流量很大，一台泵达不到此流量。

对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，两台备用（共三抬）

对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台泵检修时，另一抬泵仍然承担生产上70%的输送。

对需24小时连续不停运转的泵，应备用三台泵，运转，一台备用，一台 维修。

水泵变频节能技术分析与应用

水泵变频节能技术分析与应用

摘要：介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、基本工作原理及系统控制过程，并且针对实际应用中应注意的问题进行了归纳总结。 关键词：变频 水泵 节能

调速技术

随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量约1.1亿千瓦。但系统实际运行效率仅为30～40%，其损耗电能占总发电量的38%以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。

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1 水泵变频调速运行的节能原理

6~ X(ry L9bZ| 图1为水泵用阀门控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，必须关小阀门。这

时阀门的磨擦阻力变大，管路曲线从R移到R′，扬程则从Ha上升到Hb，运行

工况点从a点移到b点。

图2为调速控制时，当流量要求从Q1减小到Q2，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从n降到n′，性能曲线由（Q-H）变为（Q-H）′,

运行工况点则从a点移到c点，扬程从Ha下降到Hc。

根据离心泵的特性曲线公式：

Ib%{QMi aII+c,W Rn IGB TB-I*GhvS

p![4q&[0a+X6X N＝RQH／102η

式中：N——水泵使用工况轴功率（kw） Q——使用工况点的流量（ｍ3／ｓ） ；

H——使用工况点的扬程（ｍ）；

R——输出介质单位体积重量（kg／ｍ3） ；

η——使用工况点的泵效率（%）。

可求出运行在b点泵的轴功率和c点泵的轴功率分别为：

Nb＝RＱ2Ｈb／１０２η  Nc＝RＱ2Ｈc／１０２η 

两者之差为： ΔN＝Nc—Nb=R×Ｑ2×（Ｈb－Ｈc）／１０２η 也就是说，用阀门控制流量时，有ΔN功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，由于流量Ｑ与转速n的一次方成正比；扬程Ｈ与转速n的平方成正比；轴功率Ｐ与转速n的立方成正比，即功率与转速n成３次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，取

得良好的节能效果，这就是水泵调速节能原理。

2 变频调速的基本原理

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：

n＝６０ｆ（１－ｓ）／ｐ 

式中：ｆ——水泵电机的电源频率（Ｈｚ）；

ｐ——电机的极对数；

由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之

减少。这就是水泵变频调速的节能作用。 3 水泵变频调速控制系统的设计

目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的. 系统主要由四部分组成：(1)控制对象(2)变频调速器(3)压力测量变送器（ＰＴ）

(4)调节器（ＰＩＤ）. 系统的控制过程为：

由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的４～２０ｍＡ标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为３８０Ｖ／５０Ｈｚ的交流电变成输出为０～３８０Ｖ／０～４００Ｈｚ连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。

4 水泵变频调速应用的注意事项

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额

定转速50％，最好处于75％～100％，并应结合实际经计算确定。

4.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物

[^)})Y4o*y\\UVvOd oEU6jC E@6HnXU~:e6D(dv:[KI2D)QYeT.hO?{\U)}mG1Ey w(Nr ?,u?c f ZQ wtq!X$V+NO2z%gE M7i线的中间区域。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩,若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。

4.2 定速泵对调速范围的影响

实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况：

'a|,h jK 4.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾

调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。

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4.2.2 不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时

高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运

行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

4.3 电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低

速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。

参考文献：

[1]符锡理，变频调速泵供水原理及实践，《变频器世界》，1999，N010。



[2]符锡理，多泵并联变频调速恒压变量供水水泵的配置与控制，《给水

排水技术与产品信息》，2000，N03。

[3]王锡仲，蒋志坚，高景峰．变频优化调压节能供水装置的研制[J]．给

水排水，1998，24(10)：64～67．

[4]谷晋龙．水泵调定混合给水系统运行工况分析[J]．给水排水，1997，

23(12)：1～4．

离心泵的选型依据和方法

我国生产泵的企业很多，泵的种类也非常繁多，国家有关部门已经汇总了各种泵的样本和产品说明书，供设计和使用单位选用。但如何根据生产条件选用合适

的泵，也不是很容易的事情，需要考虑各种因素的影响。

1． 选型的依据

各种型号的泵都有一定的适用范围和使用条件。首先应当根据被输送液体的性质和生产条件的要求确定泵的种类，然后再进一步确定泵的具体型号。例如，液体粘度不大、流量较大、扬程不高时，宜选用往复泵；液体粘度较大、流量较小、扬程不高或含有气泡时，可选用旋涡泵；液体粘度较大、流量较小、扬程较高时，宜选用转子泵。离心泵应用范围最广，因此，化工生产应用也最多。

2． 离心泵的选择方法和步骤 离心泵的选择就按下列顺序进行。 （1）确定被输送液体的物理和化学性质

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液体的物理和化学性质包括温度、粘度、密度、饱和蒸气压、腐蚀性和毒性等，是否含有固体粒子或气泡。由此才能决定泵的种类和型号，确定泵零部件的材料、

密封件的类型、防止泵腐蚀和汽蚀的措施等。

（2）确定泵的流量

根据生产条件的要求，计算出单位时间需要输送的液体量，增加一定裕量后（一

般取5%—10%），作为离心泵的流量。

（3）计算泵的扬程

根据泵的流量和管路及装置的情况，计算管路的液体阻力损失，求出泵所需要

的扬程，也增加一定的裕量（5%—10%），作为选泵的的依据。

（4）粘性液体的修正

若被输送液体的运动粘度小于20cSt（1cSt=1mm²/s），因泵的流量和扬程变化不大，可不必修正。根据泵的流量和扬程以及液体的物理化学性质，在某

种类型泵的系列图（谱图）上初选一种型号的离心泵。

若液体运动粘度大于是20cSt,则进行修正。其具体方法是：用所需的流量、扬程和液体粘度按图3-12求得扬程修正系数KH、流量修正系数KQ以后，分别除以所需的扬程和流量，即得修正以后的扬程和流量。依据作为选泵的数据才能

保证输送粘性液体的要求。 （5）求泵的工作点

在离心泵的系列图上初选某种型号的离心泵的特性曲线上绘出该泵联接管路的特性曲线求出工作点。看该泵是否在效率较高的范围内运行。若所选的离心泵流量和扬程稍高，可作为泵的裕量，用调节出口阀门开度来调节流量和扬程。若所选用的泵流量和扬程太大，可采用切割定律的办法降低泵的流量和扬程。若所选

的泵工作点不在效率允许的范围内，则就另选其它型号的离心泵。

（6）确定泵的安装高度

离心泵的型号确定以后，根据当地的大气压或被输送液体的液面压力，液体的温度和液体在该温度下的饱和蒸气压，离心泵样本上给出的允许吸上真空高度或

允许汽蚀余量，确定泵的安装高度。

（7）确定泵的备用率

用一台泵能满足生产要求时应尽量采用一台泵操作。采用两台泵或多台泵并联操作一般来说效率较低，从“节能”的角度看是不经济的。但当流量较大，一台泵满足不了生产需要或要求有备用泵时，可采用两台或多台泵并联。大型泵因起动电流太大，对电力系统有影响时，往往也采用两台较小型泵并联，逐个分别起

动。

备用率是指备用泵的台数和操作泵台数的比值。例如两台操作泵并联一台操作，另一台备用，则备用率为100%。若三台泵并联，两台操作一台备用，则备

用率为50%。

泵的备用率应综合考虑各种因素的影响，包括液体的性质、工艺上的要求、泵本身运转的可靠性、维修的难易程度、泵的价格等等。例如煤油厂加热炉的离心油泵或热电厂的锅炉加水泵，操作时任何时候也不允许停泵的情况下，必须一台泵操作一台泵备用，即备用率100%。对输送含有固体粒子的液体，因为泵的零件容易损坏，经常停泵检修，所以也必须采用100%的备用率。对间歇操作的

设备或随时可以停泵的情况下，就可以不用备用泵，以减少投资。

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一、列出基本数据：

1、介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。

2、介质中所含因体的颗粒直径、含量多少。

??A*wx??a0T#O5p??pb??v??M0_??O 3、介质温度：（℃）

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一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。农业用泵如果是采用明渠输水，还必须考虑渗漏及蒸发量。

5、压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降（扬程损失）。

??b2B??u4E&MY~k2X2L??L0a??d 6、管道系统数据（管径、长度、管道附件种类及数目，吸水池至压水池的几何标高等）。

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??o??Q??U??X??H 如果需要的话还应作出装置特性曲线。

$H??A#Dg??C3g??}!w??{6E 在设计布置管道时，应注意如下事项：

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A、合理选择管道直径，管道直径大，在相同流量下、液流速度小，阻力损失小，但价格高，管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑。

E+R????Z9_$|??V????Q5b B、排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力。

C、管道布置应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃。

H??&v????BO??H+Z+{????q??E#PZ$u?? D、泵的排出侧必须装设阀门（球阀或截止阀等）和逆止阀。阀门用来调节泵的工况点，逆止阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击。（当液体倒流时，会产生巨大

的反向压力，使泵损坏）

二、确定流量扬程

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流量的确定:

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a、如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。

b、如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。

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对于ns>；100的大流量低其不意扬程泵，流量余量取5%，对ns<；50的小流量高扬和泵，

流量余量取10%，50≤ns≤100的泵，流量余量也取5%，对质量低劣和运行条件恶劣的泵，流量余量应取10%。

c、如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。

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