泵、风机功率计算
节能原理及节能计算
节能原理及计算方法一、节能原理风机和水泵，前者工作介质为液体，均属于流体机械设备。
下面以风机为例说明它们的工作特性。
特别是离心式风机及水泵，工作特性基本相同。
以下就以风机为例说明他们的调速工作原理。
风机的工作特性图如下：风机的工作特性图由上图可以看出，风机工作的位置，即风机的风量是由风机特性曲线（风压特性）和管网特性曲线（风阻特性）决定的，无论是改变风机的特性曲线，或者是改变管网特性曲线，都可以达到改变风量的目的。
图中：风机特性曲线 HA =kQ12K——风机特性系数；管网特性曲线 HA =Hc-λQ12λ——管网特性系数。
（一）工频工作方式工频工作方式是指泵的特性曲线保持不变，而改变管网特性曲线。
通常采取的方式是保持风机的特性曲线不变，即不改变风机的转速，而用调节挡板改变出风口的大小，达到改变风量的目的。
如下图所示：工频工作方式时风机的工作特性图从图中可以看出，风机工作在A点时，风量为Q1，风压为H1。
保持风机的转速不变，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H2，风机工作点变为B点。
由于挡板的节流作用，风道的阻力曲线变为OB。
风机工作在A点时，其功率为PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
虽然Q2<Q1，但H3>H1，所以PA与为PB的值变化不大，说明采用工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小有限。
（二）变频工作方式变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。
通常采取的方式是保持管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，达到改变风量的目的。
如下图所示：风机工作在A点时，其功率为PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
Q 2<Q1，而且 H2>H1，所以PA与为PB的值变化较大，说明采用变工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。
流体力学泵与风机[总结]
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流体力学泵与风机方程式（Z+p/γ）=C 从物理学：Z项是单位重量液体质点相对于基准面的位置势能，p/γ项是单位重量液体质点的压力势能，Z+p/γ项是单位重量液体的总势能，（Z+p/γ）=C表明在静止液体中，各液体质点单位重量的总势能均相等。
从水力学：Z为该点的位置相对于基准面的高度，称位置水头，p/γ是该点在压强作用下沿测压管所能上升的高度，称压强水头，Z+p/γ称测压管水头，它表示测压管液面相对于基准面的高度，（Z+p/γ）=C表示同一容器的静止液体中，所有各点的测压管液头均相等。
——————————————等压面：①在连通的同种静止液体中，水平面必然是等压面②静止液体的自由液面是水平面，该自由液面上各点压强均为大气压钱，所以自由液面是等压面③两种不同液体的分界面是水平面，故该面也是等压面——————————————绝对压强=相对压强+真空压强——————————————压强的量度单位：①用单位面积上所受的压力来表示，单位N/m2，或Pa②用液柱的高度来表示，mH2O、mmHg、mmH2O，h=p/γ③用大气压的倍数来表示，单位为工程大气压和标准大气压，1atm=101.325kPa。
——————————————流线：同一时刻流场中一系列流体质点的流动方向线，即在流场中画出的一条曲线，在某一瞬时，该曲线上的任意一点的流速矢量总是在该点与曲线相切。
迹线：某一流体质点在连续时间内的运动轨迹。
——————————————能量方程式的意义（物理意义）：z表示单位重量流体的位置势能，简称位能，简称位能，p/γ表示单位重量流体的压力势能，简称压能，av2/2g表示单位重量流体的平均势能，简称动能，hw表示克服阻力所引起的单位能量损失，简称能量损失，z+p/γ表示单位势能，z+p/γ+av2/2g表示单位总机械能。
（几何意义）方程式中各项的单位都是米，具有长度量纲[L]表示某种高度，可以用几何线段来表示，流体力学上称为水头，z称为位置水头，p/γ称为压强水头，av2/2g 称为流速水头，hw称为水头损失，z+p/γ称为测压管水头（Hp），z+p/γ+av2/2g称为总水头（H）——————————————沿程水头损失：在管路中单位水流的沿程能量损失。
《泵与风机》第二章—泵与风机的性能
1）摩擦损失：沿程阻力损失； h f K q
2）涡流损失： 摩擦损失+涡流损失：
2 h j K2qV
2 1 V
hf hj K q4 (qV qVd )
2
总流动损失：
hh h f h j hs
最 小 流 动 损 失
无 冲 击 损 失 hh hf+hj hs
P
qV p PM K K tm g 1000 tm g P
K: 原动机的容量富裕系数
二. 损失和效率
机械损失ΔPm
与叶轮转动相关
容积损失ΔPV
经过叶轮与流体泄露 量相关
流动损失ΔPh
经过叶轮与流体流量 相关
Pe P Pm P Ph V
（一）机械损失ΔPm和机械效率ηm
qV p 对风机而言， P 1000
η: 泵和风机的总效率
kW
一. 功率
3)原动机功率Pg 对泵而言，
原动机的输出功率。
对风机而言,
ηtm: 传动效率
gqV H Pg 1000tm qV p Pg 1000tm
传动效率 1.00 0.98 0.95
kW
kW
传动方式 电动机直连传动 联轴器直连传动 三角皮带传动（滚动轴承
( P Pm ) P V V ( P Pm ) qV g (qV q) H T qV q
q: 泄露流量，m3/s ≈4%～10%qVT
gqV H T
1) 叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露
泄漏量的计算
μ1－流量系数； △H1－间隙两侧的能头差，m； A1=πDwb－间隙的环形面积，m2；
'
u22 u2 cot 2 K( qV ,T ) g g D2b2
风机水泵轴功率与配置电机功率
一二风机水泵轴功率与配置电机功率简介电机功率、效率计算简介 电机额定功率即电动机的轴输出功率，也是负载计算时所采用的数据。
当一台三相交流电机的输入额定电压为380V，输入额定电流为le时： 电机额定功率：Pe=1.732*380*Ie*额定功率因数*电动机效率； 电动机额定电流：Ie=Pe/（1.732*380*额定功率因数*电动机效率）； 电动机的输入功率：P1=Pe/电动机效率。
P1在负载计算中作用不大，一般不再进行换算。
例如一台小型电机的铭牌数据：额定功率250W，额定电压380V，额定电流0.85A，功率因数0.68。
如果不算效率时，额定电流=250/(1.732*380*0.68)=0.56A，跟0.85A不符； 如果算效率，额定电流=0.85=250/（1.732*380*0.68*效率）； 由上式计算效率为：电动机效率=250/(1.732*380*0.68*0.85)=0.66。
水泵所需功率与电动机额定功率的计算 假设水泵的扬程为H（m），流量为Q（L/s），那么很容易推算其实际需要的有效功率P3为：P3=H*Q*g（g=9.8，常数）（W） 因为水泵本身也存在效率，因此需要提供给水泵的实际功率：P2=P3/水泵效率 P2算出来往往跟电机的额定功率不会正好相等，因此就选择一个大于P2（接近于）的电机功率Pe。
比如P3=10KW，水泵效率为0.7，电机效率为0.9，那么P2=P3/0.7=14.3kw，可选择Pe=15KW的配套电机，电机的实际输入功率P1=15/0.9=16.7kw。
泵轴功率是原动机（拖动电机）传给泵的功率，在实际工作时其工况点会变化，另电机输出功率因功率因数关系也会有变化。
因此，原动机传给泵的功率应有一定余量，经验作法是电机配备功率大于泵轴功率。
轴功率余量见下表，并根据国家标准Y系列电机功率规格选配。
轴功率余量 根据API 610标准电动机的额定功率，至少应等于下面给出的额定条件下泵功率的百分数。
双螺杆泵热力计算
双螺杆泵热力计算
双螺杆泵的热力计算涉及到多个方面，具体计算方法可能因双螺杆泵的结构、材料、工况条件等因素而有所不同。
以下是一些常见的热力计算项目和其计算方法：
泵的功率计算：
轴功率P = Q ×H ×η/ 1000（单位：kW）
其中，Q 为流量（单位：m³/h），H 为扬程（单位：m），η为泵的总效率。
泵的效率计算：
η= （P / N）×100%（单位：%）
其中，P 为轴功率，N 为电机功率。
泵的扬程计算：
H = （P / Q）×100%（单位：%）
其中，P 为出口压力减去进口压力，Q 为流量。
泵的流量计算：
Q = n ×D ×S / 1000（单位：m³/h）
其中，n 为转速（单位：r/min），D 为螺杆直径（单位：mm），S 为螺杆导程（单位：mm）。
泵的温升计算：
温升ΔT = Q ×Cp / 3600 ×1000（单位：℃）
其中，Q 为流量（单位：m³/h），Cp 为比热容（单位：kJ/kg·℃）。
以上计算方法仅供参考，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整和修正。
另外，双螺杆泵的热力性能还与其材料、设计参数、制造工艺等因素有关，需要进行全面的测试和试验来确定。
(4)水泵和风机的功率计算及风量、风压的附加系数
①通风机(水泵)的机械效率(传动效率)：ηm=N/N m②通风机的(全压)效率或水泵的效率：η=N y/N=P·Q/N（风机）η=N y/N=γ·H·Q/N（水泵）③通风机(水泵)的电机功率：N m =K×N/ηm= K×N y/(η·ηm)= K×P·Q/(η·ηm) （风机）N m =K×N/ηm= K×N y/(η·ηm)= K×γ·H·Q/ (η·ηm)（水泵）④通风机或水泵的有效功率（轴出功率）：N y= P·Q=γ·H·Q（W）⑤通风机或水泵的轴功率（轴入功率）：N （W）⑥注意：以上公式中，通风机风量Q的单位为m3/h，电机容量安全系数K=1.15～1.55.7.2选择通风机时，应按下列因素确定：1、采用定转速通风机时，通风机的压力附加：10%～15%；通风机的风量附加：5%～10%；2、采用变频通风机时，通风机的压力应以系统计算的总压力损失作为额定风压，但风机电动机的功率应在计算值上再附加：15%～20%；3、除尘系统，风量附加：10%～15%（正压除尘器系统不计除尘器的漏风量）；风压附加：10%；4、排烟系统，风量附加：10%～20%；风压全压应满足最不利环路要求；5、风机的选用设计工况效率，不应低于风机最高效率的：90%；5.8.2风管漏风量应根据管道长短及其气密程度，按系统风量百分率计算。
一般送风系统漏风率宜采用：5%～10%；一般排风系统漏风率宜采用：5%～10%；除尘系统漏风率宜采用：10%～15%；5.8.3通风、除尘、空气调节系统各环路的压力损失应进行压力平衡计算。
各并联环路压力损失的相对差额，不宜超过下列数值：一般送风系统各并联环路压力损失相对差额，不宜超过15%；一般排风系统各并联环路压力损失相对差额，不宜超过15%；除尘系统各并联环路压力损失相对差额，不宜超过10%；。
风机泵功率与空气密度计算
风机水泵轴功率的计算方法1风机轴功率的计算由原动机或传动装置传到风机轴上的功率，称为风机的轴功率，用P 表示，单位为kW 。
fr f r pQ g p Q P ηηηη1021000⨯=⨯⨯=式中：Q---风机风量 （m 3/s ，Nm 3/s ）； p---风机全压 (kg/m 2)； f η－风机效率；“1/102” = g/1000----由kg.m/s 变换为kW 的单位变换系数。
r η－传动装置效率；（由于气体的体积受温度和压力的影响很大，所以风量分为体积流量（m 3/s ）和质量流量（Nm 3/s ），即所谓的“标准方”：指的是气体在摄氏0o C 和标准大气压时的流量（体积）；这时的空气密度为1.293 kg/m 3，当温度为摄氏80O C ，压力为1大气压时空气密度可取为1 kg/m 3，实际应通过理想气体状态方程进行温度和压力折算。
用实测的风压“p ”计算轴功率时，因为风压中已经包含了密度数据，所以不必考虑空气密度的变化。
） 说明（1）若风量的单位用“m 3/h ”， 风压的单位用“kg/m 2”的话，则还要除以3600：fr gp Q P ηη000,600,3⨯⨯=（2） 若风量的单位用“m 3/s ”，风压的单位用“MPa ”的话，则：fr f r pQ p Q P ηηηη⨯⋅=⋅⨯⨯=100010001000000（3）若风量的单位用“m 3/h ”，风压的单位用“MPa ”的话，则还要除以3600：fr f r pQ p Q P ηηηη6.336001000⨯=⨯⨯=（4）若风量的单位用“m 3/s ”，风压的单位用“kPa ”的话，则:fr f r pQ p Q P ηηηη⨯=⨯⨯=10001000（5）电动机容量选择： dd PP η=d η－电动机效率2水泵轴功率的计算由原动机或传动装置传到水泵轴上的功率，称为水泵的轴功率，用P 表示，单位为kW ：br b r HQ gH Q P ηηρηηρ1021000==式中：Q---水泵风量 （m 3/s ）； H---水泵扬程 (m, gH p ρ=,)；ρ---工质密度 （kg/m 3）r η－传动装置效率；f η－水泵效率； d η－电动机效率。
泵与风机的相似理论
一、在全相似工况（如果泵或风机满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件，泵或风机就在全相似工况运行。
）运行的泵或风机其流量、扬程、功率与转速之间符合下面三个著名的相似定理的公式:1、风量与转速成正比；2、风压与转速的平方成正比；3、轴功率与转速的三次方成正比；4、风机作变频时,频率与转速成正比。
二、对同一台风机来说：1、风压与转速的平方成正比；H1/H2=(n1/n2)2，2、轴功率与转速的三次方成正比；P1/P2=(n1/n2)33、风机作变频时,频率与转速成正比。
三、对几何相似的泵与风机，在相似工况下运行时：1、其流量之比与几何尺寸比的三次方成正比，与转速比的一次方成正比，与容积效率比的一次方成正比：Q1/Q2=(D1/D2)3*n1/n2*ηv1/ηv22、其扬程（风压）之比与几何尺寸比的平方成正比，与转速比的平方成正比，与流动效率比的一次方成正比：H1/H2=(D1/D2)2*（n1/n2）2*ηh1/ηh2风机全压p=ρgH，p1/p2=ρ1/ρ2*(D1/D2)3*（n1/n2）2*ηh1/ηh23、其功率之比与流体密度比的一次方成正比，与几何尺寸比的五次方成正比，与转速比的三次方成正比，与机械效率比的一次方成反比：P1/P2=ρ1/ρ2*(D1/D2)5*（n1/n2）3*η2/η 1风机定律是由风机的相似关系得来的，风机相似关系如下式风量比：Q1/Q2=(n1/n2)*(D1/D2)^3风压比：p1/p2=(n1/n2)^2*(ρ1/ρ2)*(D1/D2)^3轴功率比：Pin1/Pin2=(n1/n2)^3*(ρ1/ρ2)*(D1/D2)^51）流量关系上：相似的风机流量之比等于线性尺寸之比的三次方和转速之比的乘积。
2）扬程关系（或全风压关系）上：相似的风机对应的全风压之比等于线性尺寸之比的平方和转速之比的平方和重度之比的乘积。
3）功率关系上：相似的风机其轴功率之比等于任意线性尺寸之比的五次方和转速之比的三次方和比重之比的乘积。
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泵的功率常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，共又称轴功率，用P标示； 泵的有效功率又称输出功率，用Pe标示，它是指单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能 因为扬程时泵输出的单位重量液体从泵中获得的有效能量，所以扬程和质量流量及重力加速的的乘积， 效能量---泵的有效功率。 Pe= HQmg =ρgQH (w) 或Pe= ρgQH/1000 (KW) 其中 ρ---泵送液体的密度（kg/m3） g ---重力加速度（g/s2） Q ---泵的流量（m3/s） H----泵的扬程（m） 泵的轴功率计算如下 P=Pe/η
铜导线电压降 铝导线电压降
47.17714286
77.62285714
方案一 方案二
介质密度 流量
扬程
泵效率 功率因数 常数
常数
轴功率 电机功率
0.98
340
955
900
50
0.83
0.85
50
75
102 231.5143 254.6657
36
102 156.0458 171.6503
75
955
171.6503268
风机轴功率：N=QH/(3600×1020η）= kW Q:风量M3/h H:全压pa η:风机效率，一般选取0.7～0.85（功率小的选取值小，功率大的选取值大。）
风量M3/h 84000
全压pa 300
风机效率η 0.7
常数 风机轴功率kW 3672000 9.803921569
公式一：N=Q(L/s)*H(m)/102/(0.6~0.85)/0.85 *(0.5-1.2) 公式二：泵轴功率＝流量×扬程×介质密度÷36÷102÷泵效率
(0.5-1.2) 介质密度
流量m3/h 340 900
扬程m 50 50
泵功率计算
泵效率
介质密度 电机功率kW
0.83
0.98 254.6657217
R=ρ×L÷S
导线长度m 800
U=R×I
△U=ρ×L÷S ×I
导线截面积mm2 35
铜ρ 0.0172
铝ρ 电流A
0.0283
120
泵轴功率 231.5142925 156.0457516
方案一 方案二
荏原
选取值大。）
率，用P标示； 输送出去的液体在泵中获得的有