浅谈水泵效率监测技术在换热站的应用

摘  要：换热站循环泵功率较大，总体节能空间较大、总体节能量较高。随着热力行业的发展，信息化技术与自动化技术在热力行业的应用，水泵效率监测技术在换热站的应用，可以实时监测循环水泵的运行效率及运行状态，使运行人员及时发现水泵的问题，保证循环水泵高效并且健康的运行，同时可以监控单台水泵的能耗。

Abstract: The heat pump has a large power, and the overall energy saving space is larger and the overall energy saving is higher. With the development of the thermal industry, the application of information technology and automation technology in the heat industry, the application of the pump efficiency monitoring technology in the heat exchange station can monitor the running efficiency and running status of the circulating water pump in real time, so that the operation personnel can find the pump problem , To ensure that the circulating pump efficient and healthy operation, and can monitor the energy consumption of a single pump.

关键词：效率；循环水泵；有效功率；输入功率

0 引言

换热站循环泵功率较大，总体节能空间较大、总体节能量较高。随着热力行业的发展，信息化技术与自动化技术在热力行业的应用，需要对换热站的循环泵的能耗进行精细化管理，循环泵的能耗主要为电能，影响能耗（包括电能）的主要参数包括水泵的选型（扬程流量的配置）、循环泵的效率等。

水泵的选型很重要，每个换热站都不尽相同，应当在假设二网水力平衡的情况下，对不同运行工况条件，选择合适的流量，选择合适的扬程，结合水泵的型号的参数，匹配合适水泵，从根本上保障水泵的经济运行。水泵的选型不是本文论述的重点，下文不做过多论述。

 循环泵的运行效率，是检验水泵选型的有效依据。并直接影响水泵的节能，水泵效率监测技术的应用，可以实时监测循环水泵的运行参数（扬程、流量），实时计算出水泵的效率，从而可以监测水泵不同阶段的运行效率，对于低效率高能耗运行的水泵进行重点监管，并进行相关处理，从而达到节能的目的。

1  水泵的效率

水泵的效率反应水泵性能的好坏及能量利用的程度。效率越高，说明机械的品质越优良，所以效率是水泵的重要技术经济指标之一。本文所指水泵效率为水泵的有效功率与电能功率之比的百分数，它标志着水泵能量转换的有效程度，是水泵的重要技术经济指标，水泵的效率越高，表示水泵工作时的能量损失越小。

电功率不可能全部传递给输出的液体，其中必有一部分能量损失。水泵内能量损失可分为三部分，即水力损失、容积损失、机械损失及水泵电动机效率。

⑴水力损失和水力效率

水流经水泵的吸入室、叶轮、压出室时产生摩擦损失、局部损失和冲击损失。摩擦损失是水流与过流部件壁间的摩擦阻力引起的损失。局部损失是水流在泵内由于水流速度大小与方向发生变化引起的损失。冲击损失是泵在非设计工况下运行时水流在叶片入口处、出口处及压 出室内引起的损失。水力损失越大，水泵的扬程越小。未考虑水泵内水力损失的扬程为理论扬 程HT,则水泵扬程H与理论扬程H与理论扬程HT之比，称为水力效率η_h。

⑵容积损失和容积效率

水流流过叶轮后，有一小部分高压水经过泵体内间隙(如减漏环)和轴向力平衡装置(如平 衡孔)泄露到叶轮的进口，另有一部分从轴封装置处泄漏到泵体外，消耗了一部分能量，即容 积损失。漏损q越大，水泵的出水量Q越小。通过水泵出口的流量Q与通过泵进口的流量Q+q之比 称为容积效率η_V。

⑶机械损失和机械效率

叶轮在液体中旋转时，前、后盖板外表面与液体产生摩擦损失(即轮盘损失)，泵轴转动时 轴和轴封、轴承产生摩擦损失，克服摩擦损失消耗了部分能量，即机械损失，机械损失功率用 Pm表示。从泵的输入功率中扣除机械损失后，叶轮传递给液体的功率称水功率，用η_w表示。

⑷水泵电动机效率

水泵电动机作为将电能转换为机械能的电器，将电功率转换为水泵的轴功率，在转换过程中，有一部分能量损失。水泵电动机效率越高，能量损失越小。用η_d表示。

水泵的效率是容积效率、水力效率、机械效率及水泵电动机效率的乘积。用η表示。

η=η_h×η_h×η_w×η_d

2  水泵效率在线监测的原理

2.1 水泵效率计算方法

水泵电功率计算方法为：

①扬程H:水泵进出口压力差（m）；

②流量Q：热力站二次侧流量计数值（m³/s）；

③水泵轴功率P:电动机传到泵轴端上的功率（Kw）；

④水的密度ρ：取值为10³kg/m³；

⑤重力加速度g:取值为9.18m/s²；

⑥水泵效率η；

⑦水泵有效功率P:流体从泵中实际得到的功率（Kw）；

2.2 流量及水泵扬程的测量

循环水泵是换热站系统的主要用电设备，由于其用电对运行成本有显著影响，所以重点对其效率进行实时监测，积攒数据进行节能潜力分析。换热站分别在二次系统中安装了流量计、压力变送器，可事实监测水泵的扬程及流量，在水泵控制柜上安装了智能电表，可以实时监测水泵功率。水泵效率计算，主要是通过换热站控制系统计算循环泵的工作效率。超声波流量计、压力变送器安装详见图1。

 图1

2.3  参数计算及数据远传显示

水泵效率在换热站控制系统计算完成后，通过网络系统上传至服务器存储，并在控制中心显示监控。详见图2。

图2

3  水泵效率在线监测技术在换热站的实际应用

   在某换热站内安装了水泵效率在线监测系统，实施监测循环水泵运行效率，循环水泵型号为TP100-370/4,额定功率为18.5KW，额定流量为95m³/h，额定扬程34米。如图3所示，在二次供水管道安装了流量计，实时监测流经水泵的流量，分别在水泵前后安装了压力变送器，实时测量水泵前后的静压力。通过计算静压力差，得到水泵扬程。

 图3

在原换热站控制柜的基础上，增加了循环水泵效率的算法，如公式1、公式2、公式3，实时计算水泵效率，并通过网络上传至控制中心的服务器和显示电脑，图4为显示电脑监控画面。

通过监控画面得到的数据，可得到以下几点结论：

①验证水泵选型的合理性，本循环水泵选型合理，满则供热系统对流量及扬程的需求，并且运行效率较高，本循环水泵适于本系统的运行工况；

②对水泵运行监控进行闭环管理，可实时对流量及扬程进行监控，有效防止水泵过载现象的发生，本供热系统流量与扬程小于水泵的额定流量与额定扬程，本循环水泵运行状态正常；

③对水泵不同阶段的运行效率，对于低效率高能耗运行的水泵进行重点监管，并进行相关处理，保证水泵高效的运行，从而达到节能的目的。

4  结束语

本文对水泵效率监测技术原理进行了浅淡的说明，并结合实际应用，对水泵效率监测技术的作用进行了分析，该水泵效率监测技术具有以下作用，验证水泵选型的合理性，对水泵运行监控进行闭环管理，对水泵不同阶段的运行效率进行监控。换热站应用此项技术，可保证循环水泵高效率运行，对水泵节能起到监控作用，具有显著的社会效益与经济效益，其先进性与实用性应在行业里得到推广应用。

5  参考文献

⑴谭蕾  给水泵效率在线监测方法的探讨  东南大学能源与环境学院，江苏南京2009,23(2):94-97。

⑵潘兆柏  给排水泵效率的监测《石油石化节能》,1990(1):25-28

⑶何川，郭立君   泵与风机（第五版）    2016-07-01出版