离心式水泵浦相似定理之应用

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1、離心式水泵浦相似定理之應用 --- 如何預估改變轉速或葉輪尺寸後，泵浦的性能表現本文取自HAPC Engineering       董永福 擇譯譯者前言        當工程完工後，常因為設計之初採用了較大的安全係數或是其他因素造成了流量過大、揚程過高，浪費能源。這時，如何題調整方使系統高效率的運轉呢？本文作者給了我們一個很務實的技術分析，值得我們共同分享。原文摘譯        流體相似定理就如同泵浦本身一樣歷史久遠，這一基本定理提供我們一個理論工具，使得我們得以評估泵浦改變轉速及葉輪尺寸後其性能表現及能力。雖然如此，該定理卻不容易理解及應用。本文將告

2、訴您如何使用這一定理。定理簡介        開始之前，值得一提的是，相似定理不僅可應用泵浦液態系統。(註：只要是離心設備操作流體介質，均適用)，當系統流量變化時，靜壓水頭、摩擦損失，及其他系統因素均會影響泵浦的性能。稍後我們會討論到靜壓水頭及摩擦損失。首先，回顧一下流體相似定理。        狀況一：改變泵浦轉速，保持葉輪直徑不變。        泵浦流量Q同泵浦轉速S成正比 ........式(1)        泵浦揚程h同泵浦轉速平方成正比 ........式(2)         泵浦制動馬力(Pumpbrakehorsepower)bhp同泵

3、浦轉速立方成正比 ........式(3)        狀況二：保持泵浦轉速不變，改變泵浦葉輪直徑d。        泵浦流量Q同泵浦葉輪直徑d成正比 ........式(4)        泵浦揚程h同泵浦葉輪直徑平方成正比 ........式(5)         泵浦制動馬力(Pumpbrakehorsepower)bhp同泵浦葉輪直徑立方成正比 ........式(3)        因為泵浦葉輪直徑變小了，將改變該泵浦的比速(specificspeed)，式(4)、式(5)、式(6)並不是每次都能直接應用供評估分析，基於此一結果，不同葉輪直徑造

4、成實際泵浦性能曲線必須逐一確認，換言之，我們要切削泵浦葉輪直徑之前，應該先徵詢泵浦製造商之意見。在下面的文章中，我們將專注討論改變泵浦轉速對於泵浦性能造成之影響。  改變轉速效應        圖1說明了轉速和相似定理之曲線關係。我們把泵浦依標準測試程序驗證，泵浦性能會依照相似定理，如圖1表現。但是如果我們將泵浦置於水路系統中，泵浦的性能曲線可能就不完全是遵照相似定理了。現實生活中，水系統往往是固定水頭，而不同位置點上也有不同的負載需求。因此，如果控制得宜，泵浦性能將滿足水路系統揚程曲線而不是泵浦自身的相似定理。因此水路系統揚程曲線預估將有助於我們的解析。

5、        基本而言，水路系統揚程曲線即是泵浦的揚程，不論是在最低水量至最大水量中的任一操作條件下均成立。寫成方程式即是：圖1.泵浦相似定理 ........式(7)其中 = 靜壓水頭或是某一固定壓力值，單位：英呎 = 系統在設計流量時的系統揚程，單位：英呎 = 水路系統某時的流量，單位：加侖/分鐘 = 水路系統設計流量，單位：加侖/分鐘 = 系統摩擦係數表1.針對不同n值，顯示這些參數彼此間的關係水系統流量加侖/分鐘n=0.37n=1.11n=1.85n=2.59ftbhpftbhpftbhpftbhp1603204806408009601,1201

6、,2801,4401,6004046505554*57*60*62*62**64**3.24.97.210.613.616.519.923.827.030.52832374343*48*53*57*59**64**2.03.25.38.510.513.717.522.025.830.52628323337*42*47*50*57**64**1.82.74.66.58.811.915.719.724.730.62527293033*37*43*47*55**64**1.72.64.35.87.810.614.418.223.630.5 *   二台泵浦運轉 

7、** 三台泵浦運轉 註：系統揚程呈非線性行為，因為每一台泵浦運轉時，泵浦閥件、配管件的摩擦損失均不同。  系統效應的影響探討        一般而言，系統揚程水頭會跟隨系統的配置而變化。空調通風系統工程往往是密閉迴路循環水系統，而且分佈不同高程昇位。許多系統是複雜，具多區負載，系統揚程水頭隨時變化，因此很可能並不存在一條系統揚程水頭曲線。也就是說，靜壓水頭及某特定水流量對應的變動摩擦損失為2個主要的因子，這2個因子影響泵浦的操作點。接下來的例子中說明該2個因子及它們對泵浦性能的影響。靜壓水頭：以圖2說明，圖中有一只可變的轉速冷卻水泵浦，我們來討論靜壓水頭對

8、泵浦性能的影響。為了簡化問題，只考慮一台泵浦。冷卻水塔靜壓水頭揚程