水泵在工作过程中,产生各种能量损失,这些损失的大小,取决于水泵的设计制造水平,也取决于水泵的选型、动力机配套、管路及其附件的选配和使用等方面。水泵铭牌上的效率是指水泵可能达到的最高效率。农用水泵效率一般在 65% ~85% 之间。水泵效率越高,说明其工作性能越好,也就是在同样流量和扬程条件下,消耗的电力或燃料越少。
1 水泵的功率与效率
1. 1 水泵的功率
水泵有三种功率: 配套功率、轴功率和有效功率,单位均为千瓦或马力。
( 1) 配套功率: 水泵在使用中应配套的动力机功率,一般在水泵铭牌上标注出来。考虑到水泵运行时可能出现超负荷情况,以及传动损失,选配动力机的额定功率要大于轴功率。
( 2) 轴功率: 动力机传给水泵轴上的功率,即水泵的输入功率。轴功率不能全部用于对液体做有效功,有一部分功率在泵内损耗掉。
( 3) 有效功率: 水泵在一定转速下,将一定量的水抽送到一定的扬程流,根据流量和扬程计算出来的功率。由于存在各种能量损失,有效功率要比轴功率小。
1. 2 水泵效率
水泵效率是指水泵有效功率与轴功率的比值,即水泵效率的大小反映了水泵对动力机传来的轴功率的利用程度,功率损失越小,水泵效率越高,这是我们所希望的。
为了提高水泵效率,必须了解泵内会产生哪些能量损失及其产生的原因,从而找出减少功率损失,提高水泵效率的措施。
2 水泵内功率损失
水泵内功率损失包括机械损失、容积损失和水力损失。
2. 1 机械损失
机械损失是指动力机把能量传给泵轴的过程中,由于机械摩擦所产生的能量损耗。如转动的泵轴与轴承、轴封的摩擦,水与叶轮表面的摩擦所造成的功率损失。
2. 2 容积损失
水泵工作时,如离心泵叶轮出口与固定的泵壳内是高压区,叶轮进口处为低压区,经过叶轮的流量绝大部分流出水泵,但还有一小部分从密封环和平衡孔处流回进水侧,或从填料渗到泵外。这部分回流的液体和外渗的液体所消耗的功率称为容积损失。
2. 3 水力损失
液体在泵内流动过程中产生的水力损失有: ①从水泵进口到出口的过流部分的沿程阻力损失。②过流断面和液流方向的变化而产生的局部阻力损失。③液流在叶轮进口和出口处的冲击损失。3 减少水泵功率损失,提高水泵效率的措施
3. 1 水泵的选型
农用水泵型号很多,应用最普遍的是离心泵。在选择水泵时,首先要满足所需流量和扬程的要求,利用“水泵性能表”或“水泵性能综合型谱图”选择水泵型号。要找到一台额定流量和额定扬程都能与之相符合的水泵,并能保证该泵能经常在经济运行区运转。要做到既能满足排灌任务的需要又能在高效率状态下工作。
3. 2 水泵动力机的选择
农用水泵的动力机主要是电动机和柴油机。水泵所需要的最大轴功率和配套功率在水泵铭牌上已注明可直接选用。在选择动力机时要满足功率配套和转速配套。
( 1) 功率配套。动力机的功率必须根据水泵功率要求来配备,所选择的动力机功率过大,“大机带小泵”,不仅成本高,还浪费能源,经济性不好; 如果动力机功率小“小机带大泵”,会造成动力机带不动或超负荷运转,甚至会造成动力机损坏,使流量减少,效率也会降低。
( 2) 转速配套。所选择的动力机应满足水泵额定转速的要求,才能发挥水泵的工作性能。如果水泵转速过高或过低,水泵其它性能参数也会发生相应的改变。转速过高影响水泵寿命,过低水泵的流量、扬程都显著下降,甚至抽不上水,使水泵效率下降。所以规定水泵转速不允许在超过额定转速的10% 和低于额定转速的 30% 的情况下工作。
水泵转速一般都按异步电动机转速设计的,如果水泵与动力机转速相等或接近,可用联轴器直接传动,直接传动简单、经济、效率高。如果选用柴油机,其转速与水泵转速不一致,可用皮带传动,使二者相配合。
3. 3 管路及其附件的选配
水泵管路及其附件的选配,直接影响管路的能量损失。选配时应做到: