不同转速水泵实现相同流量扬程的差异分析

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1、万方数据·施工、材料与设备·不同转速水泵实现相同流量扬程的差异分析田扬捷鲍中林(柏诚工程技术(北京)有限公司上海分公司，上海200052)摘要从水泵效率、水泵引起的噪声、振动以及水泵造价等方面，分析了采用不同转速水泵实现相同流量扬程时的差异。建议在选择确定水泵转速时，结合水泵的使用场所、节能要求、造价等因素综合考虑，以选择合适的水泵转速和型号。关键词水泵转速效率比转数噪声振动在设计叶片式水泵时，除了确定流量和扬程，有时还需选择转速。由于现有规范及设计手册对水泵转速较少涉及，在缺少依据的情况下，如何选择合理的水泵转速是设计人员经常面临的问题。本文从水泵效率、水泵引起的噪声振动的产生和传播以及水

2、泵造价等不同角度，比较了不同转速的水泵在实现相同流量和扬程时存在的差异。希望能有助于工程人员了解不同转速水泵的固有特性，在选择水泵转速时做到心中有数、合理选型。1转速与水泵效率许多水泵型号都能够实现相同的流量及扬程，但效率并不相同。是否有办法预测各类泵型的效率呢?事实上，每台水泵都有一个特征数值：比转数。工程人员可以根据水泵流量结合比转数值预测水泵能达到的最高效率[1]。图1是根据大量泵型系列，经长期实测积累得出的水泵效率一比转数关系曲线，在水泵的研究应用领域被广泛参考。图1显示，流量大的水泵效率高。此外，相同流量的泵型在100～200比转数区间具有较高效率，当比转数超出此范围时，效率急剧下

3、降。因此，从节能角度看，应当选择比转数值在这一范围内的水泵叶轮。比转数的计算公式如下：N。一等磐㈩式中N。——比转数；n——转速，r／min；Q一流量，m3／s；上海市科委“世博科技专项”资助项目(08dz0580301)。二幺写订L，，s孓～～，／，、、o、。、、、~-／，63L／8＼、，／／◆、315L／s、嬲，／12．5L5t"／6．3L／s／7／>631L／s63lL／s3550701001402003005001000医医睦睦睦匿篓蓁3575130250350流量图1不同水泵比转数的效率值[1]H——扬程，rn。当流量和扬程确定时，应考虑选择的水泵转速是否能使比转数在高效率区间。水

4、泵转速对效率的影响借助比转数这一特征数值得以体现。在计算比转数时，需注意：对于大流量双吸泵，流量按1／2代入计算；对于多级泵，扬程应按每级扬程代人计算。2转速与噪声源泵组运行时产生噪声和振动，其中振动须通过固体传播，也被称为“固体声”[2I，当频率>20Hz时属于可听阈，<20Hz则只能被人体感知。为便于进一步分析，下文将振动和噪声统称为“噪声”。对于确定的流量和扬程，采用低转速电动机水泵产生的噪声较低。总体上，泵组产生的噪声大小与水泵功率及水泵转速呈现正相关关系。给水排水V01．35No．7200999∞舳加∞∞加述瓣籁聪*万方数据噪声主要由电动机、水泵以及泵内流体所产生，正常情况下以电动

5、机噪声为最大。此外，当水泵转速处于临界转速时，转动部件会发生共振，产生强烈振动和噪声L3]。2．1电动机噪声电动机噪声来自轴承、转子、定子以及冷却风扇，内部磁力不平衡或其他电气系统的失调也会引起噪声。电动机噪声可分为电磁噪声、机械性噪声和空气动力性噪声，其中以空气动力性噪声最大，机械性噪声次之，电磁噪声最小[4]。与人们使用电风扇的体验相同，电动机噪声随功率及转速的增大而增大。噪声限值标准可查阅《旋转电机噪声测定方法及限值)}(GB／T10069--2006)。以11～22kW的电机为例：转速为1450r／min，其限值为94dB；转速为2900r／min，其限值100dB。该标准也反映了相

6、同功率下，高转速比低转速电动机噪声高这一规律。2．2水泵机械噪声水泵机械噪声主要由机械元件的不平衡(叶轮、底座)或不对齐(联轴器)等原因引起，与零部件强度、刚度、制造工艺、安装质量、轴承和密封部件磨损破坏都有关系。高转速引起的水泵机械噪声比低转速略高。水泵机械噪声的频率分布是离散的，为1～3倍水泵转速。若噪声频谱分析揭示噪声频率并非与转速成倍数关系，那么这种噪声通常属于流体噪声。2．3水泵流体噪声流体噪声经常被忽视，它是由涡流、紊流、气穴、水锤、冲击等流体运动所产生，是一种宽频噪声。从流体噪声产生的原因分析，其噪声大小与水泵转速无关，其主要产生原因有：(1)机组及吸水管流道设计不合理，导致进

7、口流速和压力分布不均匀，使进出口流体发生压力脉动、绕流、偏流和脱流。(2)水泵汽蚀余量不足或进水含空气量较高，叶轮处形成气穴及噪声。(3)水泵启动和停机、阀门启闭、工况改变以及事故紧急停机等过程造成管内压力急剧变化，甚至引起水锤作用，在较大范围内传播噪声。2．4转子振动噪声水泵机组的转动部件在运转中会发生振动，当100给水排水V01．35No．72009转速与转动部件固有频率相等时振幅达到最大(共振)，此时的