1、E ICS 27.010 F 01 GB 中华人民共和国国家标准G/T 26921-2011 电机系统(风机、泵、空气压缩机)优化设计指南The guide of design optimization for motor systems (fans, pumps, air compressors) 、h、 2011-09-29发布2012-03-01实施.(65315.19 4甜。6归忡忡g队飞飞5妇二3号:飞现码町I中华人民共和国国家质量监督检验检痊总局中国国家标准化管理委员会发布中华人民共和国国家标准电机系统(风机、泵、空气压缩机)优化设计指南GB/T 26921-2011 当酝中国标准
2、出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销9唔开本880X 1230 1/16 印张5.25字数154千字2012年3月第一版2012年3月第二次印刷9峰书号:155066 1-44089 定价69.元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107GB/T 26921-2011 目次田1 范围-2 规班性引用文件3 术语和定义.2 4 电机系统
3、的基本要求24.1 供电电源质量的要求4. 2 电动机及变频器效率的基本要求.2 4.3 电机系统功率因数的要求.3 4.4 电机系统谐波限制要求4. 5 电机系统计量器具配备的要求.4 5 电动机选用5.1 电动机选用的基本原则. 5.2 非调速运行电动机的选用-5.3 调速运行电动机的选用6 电动机调速方式和调速装置的选择6.1 电动机调速的基本要求6.2 电动机调速方式及其控制方法的选择6. 3 调速装置的选择.8 7 风机系统优化设计.8 7.1 基本要求.8 7.2 管网设计97.3 风机的选型107.4 风机与电机匹配107.5 风机系统优化设计的评价.108 泵系统优化设计8.
4、1 基本要求. 8.2 泵机组运行方式及泵设计流量. 8. 3 泵系统管道布置与管网设计8.4 泵的选型128.5 泵机组电动机的功率匹配及运行138.6 泵系统优化设计的评价9 空气压缩机系统优化设计u9.1 基本要求149. 2 压缩空气系统设计流量的确定149.3 空气压缩机选型9.4 压缩空气后处理装置G/T 26921-2011 9. 5 储气罐.，9. 6 压缩空气站布置.，9. 7 压缩空气管道9.8 其他要求9. 9 空气压缩机系统优化设计的评价附录A(资料性附录)电动机主要类型与特性.17 人1电动机的主要类型A.2 同步电动机的特性A.3 异步电动机的特性22 A.4 高效
5、电动机附录B(资料性附录)电动机的调速方式.24 24 B.1 变频调速B.2 串级调速的基本原理. 42 B.3 笼型三相异步电动机变极对数调速 u B.4 开关磁阻电机系统运行原理 4 旦5元换向器同步电动机调速. 附录C(资料性附录)电机系统设计的技术经济比较4949 C.1 概述C.2 设备寿命周期成本的C.3 回收期. 附录D(资料性附录)风机的类型与特性mD.1 风机的分类mD.2 风机的基本性能参数.50 D.3 风机性能曲线MD.4 风机的运行附录E(资料性附录)泵的主要类型与特性E.1 泵的分类. 59 E.2 泵的性能特点E.3 输液管的沿程阻力损失和局部阻力损失计算式E.
6、4 泵系统管网的性能曲线63 E.5 泵的工作点E.6 泵运行工况的调节 m E.7 汽蚀余量.h及汽蚀比转速C附录F(资料性附录)空气压缩机的特性及相关设备F.1 空气压缩机的分类与特性. 68 73 F.2 空气后处理设备F.3 储气罐E GB/T 26921-2011 前言本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司提出。本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)和全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC26)归口。本标准起草单位Z清华大学电机工程与应用电子技术系、中国科学院电工研究所、中国节能协会节电与绿色电
7、能委员会、中国标准化研究院、上海电器科学研究所(集团)有限公司、广州智光电气股份有限公司、江苏方程电力科技有限公司。本标准主要起草人:顾国彪、李发海、孙旭东、侯健、王海峰、李世煌、秦宏波、闰华光、赵跃进、辛升、陈伟华、郭伟彰、卫三民、苏章曼、董列、王慧丽、吴秋风、王卫宏、张建兴。E 1 范围电机系统(凤机、泵、空气压缩机)优化设计指南GB/T 26921一2011本标准规定了电机系统设计的基本要求，电动机选型，电动机调速方式和调速装置的选择，以及风机系统、泵系统、空气压缩机系统的优化设计和评价。本标准适用于电机系统(风机、泵、空气压缩机)的节能优化设计和评价。2 规范性引用文件下列文件对于本文
8、件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 755旋转电机定额和性能GB 4943 信息技术设备的安全GB 10068 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值GB 10069.3 旋转电机噪声测定方法及限值第3部分:噪声限值GB/T 12497 三相异步电动机经济运行GB/T 12668. 2 调速电气传动系统第2部分:一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定GB 12668.3 调速电气传动系统第3部分:产品的电磁兼容性标准及其特定的试验方法GB/T 12668.
9、4调速电气传动系统第4部分:一般要求交流电压1000V以上但不超过35kV 的交流调速电气传动系统额定值的规定GB/T 13277 一般用压缩空气质量等级GB/T 13466 交流电气传动风机(泵类、空气压缩机)系统经济运行通则GB/T 13957 大型三相异步电动机基本系列技术条件GB/T 14549 电能质量公用电网谐波GB 14711 中小型旋转电机安全要求GB/T 16665 空气压缩机组及供气系统节能监测方法GB 18613 中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级GB 19153 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级GB 19761 通风机能效限定值及能效等级GB 19762 清水
10、离心泵能效限定值及节能评价值GB 20052 三相配电变压器能效限定值及节能评价值GB/T 21056 风机、泵类负载变频调速节电传动系统及其应用技术条件GB/T 21210 单速三相笼型感应电动机起动性能GB 21518 交流接触器能效限定值及能效等级GB 50029 压缩空气站设计规范GB/T 26921-2011 GB 50055 通用用电设备配电设计规范JB/T 2224 大型交流三相四极同步电动机技术条件DL/T 994 火电厂风机水泵用高压变频器3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 GB/T 13957的规定。4.2.1.4 对于一般用途的大型三相四极同步电动机，其效
11、率值应符合JB/T2224的规定。4.2.2 变频器效率的要求变频器在额定输出电压、额定输出电流的条件下，低压变频器效率不宜低于95%，高压变频器效率不宜低于96%。4.2.3 电机系统所用配电设备效率的要求4.2.3.1 对于所配用的专用变压器，其空载损耗和负载损耗应符合GB20052的规定。4.2.3.2 对于所配用的交流接触器，其吸持功率应符合GB21518的规定。GB/T 26921-2011 4.3 电机系统功率因数的要求宜根据电机系统运行方式合理实施功率因数补偿，补偿后设计工况下功率因数不宜低于0.904.4 电机系统谐波限制要求4.4. 1 对谐波电压的要求电机系统接入公用电网后
12、，电网谐波电压应不大于表1的规定。表1谐波电压限值各次谐波电压含有率/%电网标称电压/kV奇记号偶次0.38 2.0 6 1. 6 ，t.量/ / 谐波次兹飞r-流n/次-一一一一一一-一一一一一一-3 5 7 奇次谐波0.40 0.33 0.21 15巧巧厅T m 圄B.1三相异步电动机频率变化时的机械特性GB/T 26921-2011 由式(B.2)看出，虽然保持U1/11=常数，当11减小时，最大转矩Tm不能保持为常数。己知电动机定子漏电抗X1和转子漏电抗折合值x与频率11成正比变化，而定子电阻R1却与频率11无关。因此，在11接近额定频率时，R1:一一-，寸(l十r). ( C.l )
13、 式中:LCC 寿命周期戚本，单位为元;PC 初始安装成本，单位为元;N 统计年数;OC, 第t年的使用成本，单位为元;r 折现率。C.3 回收期回收期(PAY)是指通过降低使用成本(t.OC)，来抵消在购买高能效产品时需增加成本的时间。它是衡量节能经济效果的一个重要指标，回收期越短说明经济效果越好，回收期越长说明经济效果越差。计算回收期的公式为:c-C PLFU A-A Y A .( C.2 ) 式中:PAY一一回收期，单位为年;t.PC一一购买成本增加值，单位为元;t.EC 每年节约的电费，单位为元每年。49 v G/T 26921-2011 附录D(资料性附录)凤机的类型与特性D.1 凤
14、机的分类) ab飞Cde 巳的?状态下) j/-/ / / 、飞 、D. 2. 1. 2 通凤机压力通风机压力指单位体积的气体在风机内所获得的能量，即风机出口截面高于进口截面的机械能，用符号表示，单位为Pa。D. 2. 1. 3 功率D. 2. 1. 3. 1 轴功率原动机供给风机轴的机械功率称为轴功率，亦称风机的输入功率，用符号P表示，单位为kWoD. 2. 1. 3. 2 有效功率气体从风机中实际得到的功率称为有效功率。相应的这部分能量被流出风机的气体所携带，因此GB/T 26921一2011也称输出功率。风机的有效功率为:Pe =qvp/l 000 Pe =P币、1/、，-i。LDD /
15、、/E飞式中:Pe -风机有效功率的数值，单位为千瓦(kW); P一一风机轴功率的数值，单位为千瓦(kW);? 风机总效率。D. 2. 1. 3. 3 凤机内功率( D.3 ) K值电动机功率/离心式轴流式kW 灰尘高温般用途5.0 1. 15 51 GB/T 26921-2011 D. 2. 1. 4 效率D.2. 1. 4. 1 凤机效率分类风机在工作时产生机械损失、容积损失和流动损失，这些损失的大小可分别用机械效率、容积效率和流动效率来衡量。D.2. 1. 4. 2 机械损失与机械效率机械损失包括轴与轴承的摩擦损失、轴与轴端密封的摩擦损失及叶轮圆盘的摩擦损失。轴与轴承、轴端密封的摩擦损失
16、与轴承的型式、轴端密封的型式和结构有关。该功率损失不大，约占风机轴功率P的1%5%。叶轮圆盘摩擦损失与腔室形状、表面粗糙度、雷诺数及叶轮的宽度、叶轮流道宽度等因素有关。机械效率为:P一八Pm.n/ 弘=一一Pm X 100% .( D.7 ) 式中:平m二一机械效率的数值;t:.Pm一机械损失功率的数值。D. 2. 1. 4. 3 窑积损失与容积效率从高压区通过旋转与静止部件间的间隙流入低压区的气体，在叶轮中获得的能量消耗在流动的阻力上，这种能量损失称为容积损失，用t:.Pv表示。容积损失的大小，用容积效率1Jv表示。离心风机的容积损失是由于泄漏所引起的。泄漏主要发生在:a) 叶轮人口处的密封
17、间隙;b) 平衡轴向力装置的间隙;c) 导叶隔板与轴(轴套)间隙(它不属于容积损失，但习惯上归入容积损失来分析hd) 轴端密封间隙。为提高风机的容积效率，一般可采取减小泄漏面积A和增大密封间隙的阻力等方法来减少泄漏量。D.2.1.4.4 流动损失与流动效率气体从风机进口流至出口的过程中会遇到流动阻力，产生流动阻力损失。流动阻力损失有:摩擦阻力和局部阻力损失，工况变化时的冲击损失。气体在吸入部分、叶轮流道、导叶及压出部分的流动过程中，因气体的蒙古性而产生沿程阻力损失。气体在风机中流动时，遇到转弯、截面积变化造成气体边界层分离，产生旋涡和二次流。气体运动速度的大小与方向的变化所产生的损失，称为局部
18、阻力损失。冲击损失一般在风机工作于非设计工况时产生。风机在设计工况下运转时，气体流入角与叶片进口安装角一致，元冲击损失;若容积流量小于设计值，则气体会冲击在叶片的工作面或非工作面上，从而产生旋涡。风机在非设计工况下工作，在叶轮出口处的气体运动方向也发生变化，叶轮出口也会产生气体的冲击，造成冲击、旋涡损失。流动损失比机械损失和容积损失大。流动损失的大小，用流动效率可h表示。D.2. 1. 4. 5 凤机的总效率风机的总效率为:52 GB/T 26921-20门P- t.Pm - t.Pv P - t.Pm 平=7=p-APrn-APv-P-APm 一歹一=阴市m.(0.8) 离心风机的总效率可随
19、容量、型式、结构而异，其值约为70%90%。风机的总效率与内效率的最大值，不一定同在个工况点上，其最高效率区也不一定一致。因此，风机的总效率用作风机的经济性指标之一，而风机的内效率用作风机相似设计和相似换算的依据。D. 2. 1. 5 转速风机转轴每分钟的转数称为转速，用n表示，单位为r/minoD.2.2 凤机叶轮参数D. 2. 2.1 叶轮几何参数叶轮几何参数包括:D2一一叶轮叶片出口外径pb2一一叶轮叶片出口宽度pbj一一叶轮叶片进口宽度;Dj一一叶轮叶片进口直径;卢l一一一叶轮叶片进口角;卢2一一叶轮叶片出口角。D. 2. 2. 2 叶轮叶片进出口速度三角形叶片进出口流体切向速度、相对
20、速度和绝对速度形成的三角形称为进、出口速度三角形，如图0.1所示。j C2u a) 出口速度三角形。一一一叶片出口流体的绝对速度;向一一叶片出口流体的切向速度FW2 叶片出口流体的相对速度;, 叶片出口流体的流出角;U2 C2u一一叶片出口流体绝对速度在切向的投影分速度;C，一一叶片进口流体的绝对速度;u，一一叶片进口流体的切向速度;叫一一叶片进口流体的相对速度;民一一叶片进口流体的流入角;Cu一一叶片进口流体绝对速度在切向的投影分速度。固D.1叶轮叶片进出口速度三角形D.2.3 离心凤机叶轮参数与性能的关系表0.2给出了离心风机叶轮参数与性能的关系。; Ul b) 进口速度三角形53 G/T
21、 26921-2011 表D.2离心凤机叶轮参数及其比较型式前向径向后向出口安装角290。90。U2 =Uz 静压=静压qVI即2qVl=qVA PI=Pn。因此，串联运行时，虽然各风机的总压力高于一台风机单独运行时的压力，但每台风机的压力低于它单独运行时的压力，即总压力低于两台风机分别单独在同一系统中工作时的压力之和。串联的台数越多，每台风机与它单独运行时相比，压力下降越多，总压力增加的比例越少。其原因是串联后工作点沿管路性能曲线移动，使串联的每一台风机的压力小于它单独工作时的压力，但总流量比单独工作时的大。管路性能曲线越陡峭，串联后压力增加越多。串联运行时风机的压力逐级升高，工作在后面的风
22、机应具有较高的强度，以免损坏。57 、-二GB/T 26921-2011 qv qVA P 图-n.p 。图D.7 i /:/i飞-，.-、J/ I飞、.，/ /!LUG/ l飞、-j 飞一二 i i /- ;/h iy、义、/J/) 飞/_- ) -f二二-一二+二_/ 58 GB/T 26921-2011 附录E(资料性附录)泵的主要类型与特性E. 1 泵的分类/ / / J J S( n-叽/f随-s叮叮一飞在每华-A户j/:AU比-67MfmJVL/ 能的叶片泵是离心泵bt楞兔轴流泵或贯恨。中比是用量最大的泵类，几乎E.2 泵的性能特点E.2.1 离心泵的性能特点离心泵按性能又可分为低
23、比转速离心泵、中比转速离心泵和高比转速离心泵，见表E.2。离心泵的效率一般随比转速变化，比转速愈高效率愈高。通常消防、供水、化工流程、节水灌溉、矿井排水、空调循环冷却一般扬程都要求在140m以上，因此只能选用中比转速以下离心泵。离心泵主要由离心力产生扬程，而离心力正比于叶轮的切向速度，也就正比于叶轮的直径，而叶轮的直径愈大，效率愈低。59 - GB/T 26921-2011 表E.2离心泵分类(按比转速分)低比转速中比转速高比转速2380 80150 150300(250) 若转速为2950 r/min; 流量为25L/s的扬程范围31059 5925. 5 25. 510. 12 若转速为2
24、950 r/min; 流量为25L/s的扬程范围49393. 6 93. 640. 49 40.4916 在应用中为了满足所需要的扬程，可能采用低比转速离心泵或者为了提高效率也可采用中比转速多级离心泵。离心泵的性能特点有:a) 扬程高、流量小，扬程-流量性能曲线，随流量增大扬程降低较缓慢，见图E.l中扬程与流量关系曲线(H-Q); b) 相对于轴流和混流泵，泵的效率较低;c) 在小流量和零流量时泵的轴功率小，适用于关闭出口闸阀起动。H/m 呼Y%70 60 50 40 Q/(L/s) 图E.1离心泵性能曲线图图E.l中H-Q为扬程与流量关系曲线;N-Q为功率与流量关系曲线;TJ-Q为效率与流量
25、关系曲线。E. 2. 2 轴流泵的性能特点轴流泵的特点有ta) 扬程低、流量大，扬程流量性能曲线随流量增大扬程降低快;b) 相对于离心泵，泵效率较高;c) 泵的轴功率在小流量和零流量时高，适于打开出口闸阔起动;d) 轴流泵的叶片角可调节，改变性能曲线，见图E.2。轴流泵应用于需要扬程低流量大的液体输送，如大型供水站、排水站、南水北调的泵站用水。60 GB/T 26921-20门7.5 飞队一 D=630 mm n=730 r/min f气队陀队76%1) p .l. % I 叫1%队可/ 飞)、K 飞2r|飞( 队日OL : 飞飞飞队主 飞90 kW 民h 1 h 、 凶:1% 1、 飞i、严
26、，、-比/ 气 +飞40 -4。20 00 9.5 8.5 EHH 6.5 5.5 4.5 3.5 0.6 0.8 1. 0 1. 2 Q/(m3/s) 1. 4 1. 6 6一一为H-Q扬程与流量关系曲线;-代表的是等功率曲线;/气代表为等效率曲线。图E.2轴流泵性能曲线图E. 2. 3 混流泵的性能特点混流泵的特点有:a) 扬程、流量介于离心泵和轴流泵;b) 相对于离心泵，效率较高。1昆流泵应用于扬程较高、流量大的场所，如电站冷却循环水泵、炼钢厂循环水泵、地下排水泵等。H/m 8 - 忡司回国!、严、r-._ 、队!-一 N /% 12 nu nUAAUnu -nyRV7 lllttttt
27、L 10 6 400 N/kW l16 15 14 Q/(m3/h) 580 300 500 图E.3混流泵性能曲线61 GB/T 26921一2011E.3 输液管的沿程阻力损失和局部阻力损失计算式E. 3. 1 输液管的沿程阻力损失计算式沿程水力摩擦阻力损失为:h, -xx卫iL. . D 2g 式中:E. 3. 2 管路附件的局部阻何损失计算式管网中各种种附局融为损失之耐厂-1:一一一一-，/VYy/ 7 2刀斗斗屯F芫庐皂丐E夺?去飞-、. . .川. . .川.寸十.，.川.价户附.1价i/子jJ二:式中:j i / f J7/ 飞5 J7 1 he 管网中鲁种管路二件阻力茹失，以辙
28、体j住高考示单位为那?立/2:; 管网中鲁种管路前件的题由系数字和，、! ,) /一-U 输液管中速度，单位为米每罚性(m/占1;i j / /J 飞g 重力力嗨度，单位为米每二皮切:(bLs妇。J/1 /、飞-，! -. I /、1/ E. 4 泵系统管网的性曲线fv / L一-一-一-_/式中:H 将要选择泵应足的扬程冯液体柱高表示F单位为米(!JZ 一计划要求选择泵提升的位置高岳阳置势都南臼米(m); l 一一泵进口要求的压力，单位为牛每立方米(N/m3);.2 一泵出口要求的压力，单位为牛每立方米(N/m3); .( E.2 ) hL一一管网中输出段和吸入段输液沿程摩擦损失之和，以液体
29、柱高表示，单位为米(m); 2:;he一管网中输出段和吸人段输液局部损失之和，以液体柱高表示，单位为米(m); V 一-泵进口速度，单位为米每秒(m/s); V2 一泵出口速度，单位为米每秒(m/s); g 一-重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s2);y 输送液体重率，单位为牛每立方米(N/旷)。式(E.4)叩hL、2:;he、亏叫写成:62 GB/T 26921-20门T _ 2 hL= =SQ2 D2g i . ( E.5 ) h=丘=S2Q2c, g . ( E.6 ) 旦二旦=S3Q2c, g . ( E.7 ) 则队一力-H=Z+-7+句2. ( E.8 ) /4 / / 口压力
30、都会有不同的工作点)。E. 6 泵运行工况的调节泵系统中改变管网性能曲线或者泵性能曲线，改变泵运行工作点，从而进行工况调节。E. 6.1 闸阀调节闸阀调节事实上是改变泵系统中管网性能曲线从而改变泵的工作点。改变阅门开度事实上是改变阀门的阻力系数，如图E.5中且是工作点A时管网(包括阀门阻力)的阻力系数，SB是工作点B时管网(包括阀门阻力)的阻力系数。63 -GB/T 26921-2011 组+ + H . ( E. 10 ) 式中:Z 一一位置高度水泵管道进出的位置高差;p,- -7-i一一水泵管道进出的压力差;SQ2 一一水泵输水管道的损失。H SAQ2=(S,+S2+S3A)Q2 Q 图E
31、.5泵闸阀调节曲线图图E.5中曲线A、B分别为泵在阅门开度A与B时的管道损失曲线。E. 6. 2 泵的变速调节根据泵性能的比例律:Q, n, H , n N , ni Q2-n2H2-4N2-4 ( E. 11 ) 式中:Q，一一泵转速矶时的流量，单位为立方米每秒(旷/s)或升每秒(L/s); G 泵转速向时的流量，单位为立方米每秒(旷/s)或升每秒(L/s); Hi 泵转速n，时的扬程，单位为米(m); H2一泵转速n2时的扬程，单位为米(m); N, 泵转速n，时的轴功率，单位为千瓦(kW);N2 泵转速向时的轴功率，单位为千瓦(kW);m 泵转速，单位为转每分(r/min); n2 泵转
32、速，单位为转每分(r/min)。泵变速调节曲线图见图E.6。64 ,.-H 可H 分别为町、n2、n3时泵特性H-Q曲线管网H-Q图Q3 Q 图E.6泵变速调节曲线图GS/T 26921-2011 n n2 图E.6中A、B、C三个工作点分别为n，、n2、m三种转速的泵H-Q性能曲线与管网H-Q曲线的交点。E. 6. 3 泵的并联调节泵的并联调节一般采用同型号的泵并联。两台相同性能泵并联运行改变工况曲线见图E.7。H 。Q Q2 圄E.7两台相同性能泵并联运行改变工况曲线图E.7中A点为单泵性能曲线与管网H-Q曲线的交点即单泵的工作点，B点为两泵并联后性能曲线与管网H-Q曲线的交点即并联泵的工
33、作点。泵并联性能曲线绘制为等扬程两泵的流量叠加。叠加后并联性能曲线与管网性能曲线的交点为新并联后的工作点。E. 6. 4 泵的串联调节泵串联的调节通常也采用同型号的泵串联。两台相同性能泵串联运行改变工况曲线图见图E.8065 GB/T 26921-2011 H 单泵丹Q叫线式中:.ha一一泵的有效地盐1为米(m); .h，-一泵基本汽蚀余量恙由泵制造军提供)，单位为米(m); -飞飞v一一当地汽化压力，单位主事每立方来时坷FJY 一一-液体重率，单位为牛每立方米讯时-hh1s一吸入管内的损失(包括沿程和局部损失)，单位为米(m); Vs一一吸人口的速度，单位为米每秒(m/s); g 一一重力加
34、速度，单位为米每二次方秒(m/s2)。有时简单提出.ha=.h，+(O.51. 5)m。表示泵的汽蚀性能好坏的参数量也用汽蚀比转速c，其计算式为:c=旦些鱼.h/ 式中:C一-泵汽蚀比转速，单位为转每分(r/min); 泵转速，单位为转每分(r/min); Q一一泵流量，单位为立方米每秒(m3/s); 66 飞( E. 13 ) f GB/T 26921-2011 t.h, 泵基本汽蚀余量，单位为米(m)。从式(E.13)中看出，若同规格的二台泵(即同流量同扬程，同转速)，C值愈高，t.h，愈小，要求的有效汽蚀余量t.h.愈小，对防止发生汽蚀愈有利，所以说汽蚀性能愈好。同样，若同规格的二台泵(
35、同流量，同扬程)，C值愈高，若t.h，相同，允许泵的转速愈高，效率可能愈高，泵的体积愈小，愈节能。67 II1II GB/T 26921-2011 附录F(资料性附录)空气压缩机的特性及相关设备F.1 空气压缩机的分类与特性F. 1. 1 空气压缩机分类根据工作原理不同，空气压缩机可分为容积型和动力型两大类，如图F.1所示。容积型空气压缩机把一定容积的空气先吸入到气缸里，在气缸中强制缩小其容积，当达到定压力时气体便被强制从气缸中排出。容积型空气压缩机可细分为许多种类，其中往复式及螺杆式空气压缩机应用最广。动力型空气压缩机，又称速度型空气压缩机，其工作原理是将气体的动能转化为压力能，主要有离心式
36、和轴流式两种，其中离心式空气压缩机较常见。下面各节将对目前工业中应用比较广泛的空气压缩机进行简要介绍。固F.1 空气压缩机分类F.1.2 往复式空气压缩机往复式空气压缩机是以汽缸内的一个活塞作为压缩位移的原件，将封闭在一个密闭空间内的空气逐次压缩，缩小其体积并提高压力来完成压缩过程的。根据压缩机级数不同，往复式空气压缩机分为单级空气压缩机和多级空气压缩机，多级空气压缩机以两级为主。单级往复式空气压缩机吸入空气并直接将其压缩到最终用气压力，其压缩比是最终排气绝对压力与进气口绝对压力之比，0.75MPa表压(0.85 MPa绝对压力)的空气压缩机的压缩比为8.5。两级空气压缩机分两步将吸人的空气压
37、缩到最终压力，每级压缩比是总压缩比的平方根，排气压力为0.75MPa(表压)时每级的压缩比为2.920三级压缩空气压缩机的每级压缩比是总压缩比的立方根。空气压缩机所消耗的功率与压缩空气质量和压缩比有关，具有8.5压缩比的单级空气压缩机比每级压缩比为2.92(总压缩比5.84)的两级压缩空气压缩机在压缩相同体积的空气时需消耗更多的能量。往复式空气压缩机可进一步分为单作用和双作用往复式空气压缩机，当压缩过程仅靠活塞的侧、旷GB/T 26921-2011 来完成时称为单作用往复式空气压缩机，靠活塞的两头来完成时称为双作用往复式空气压缩机。双作用往复式空气压缩机比单作用空气压缩机具有更高的运行效率，通
38、常情况下，单作用空气压缩机的比功率范围为7.8kW/(m3 /min)8. 5 kW/(m3 /min) ，双作用空气压缩机为5.3kW / (m3 /min) 5. 7 kW / (m3/min)。往复式空气压缩机的设计特性限制了其总效率的发挥，这是因为在活塞表面和压缩腔顶部之间存在余隙，该空间使得被压缩的空气将会在吸人行程重新膨胀，会占据汽缸内本该通过进气阀进入的环境空气的体积。另外，这种已经被加热的压缩空气会对进气口的空气进行预热，降低了进入汽缸的气量。阅门和活塞密封环是易损件，当阅门和密封环经过磨合密封良好时，往复式压缩机的使用效率是最高的。如果阅门和密封环发生磨损并丧失密封能力，空气
39、或气体会泄漏而降低空气压缩机的效率。F. 1. 3 螺杆式压缩机螺杆式压缩机是一种转子做高速旋转运动的容积型压缩机，目前在工业领域中应用非常广泛。螺杆式压缩机的机体内部空腔是两个轴线相互平行的圆柱形孔连成的空间。两个转子分别安装在机体内两圆柱形孔中，节圆外具有凸齿的转子称为阳转子，节圆内具有凹齿的转子称为阴转子。阴、阳转子上的螺旋体分别称为阴螺杆和阳螺杆。在压缩过程中，阴螺杆在经过空气入口时将外界空气吸入压缩机，然后转过空气人口与阳螺杆一起完成空气压缩，再继续转动阴螺杆与空气出口接通，压缩空气从空气出口排出，其工作原理如图F.2所示。吸气端;二二气工艺Y图F.2螺杆式空气压缩机工作原理图螺杆式
40、空气压缩机可分为单级和两级螺杆式空气压缩机。两级螺杆式空气压缩机的空气压缩过程分两级完成，在吸气和排气压力相同的情况下，总压缩比低于单级压缩空气压缩机，由于压缩气体所消耗的功率是总压缩比和质量流量的函数，因此在压缩相同质量流量的压缩空气时，两级压缩空气压缩机的效率高于单级压缩空气压缩机。螺杆式空气压缩机又可分为喷油型和无油型两种。喷油螺杆式空气压缩机主要用于普通工业供气场合，无油型螺杆空气压缩机通常用于食品、制药以及电子等行业。喷油型和无油型螺杆空气压缩机的压缩原理基本一致，不同之处在于无油螺杆式空气压缩机没有润滑剂进入压缩腔。无油螺杆式空气压缩机有干式和水润滑两种类型:a) 干式元油螺杆式空
41、气压缩机由于没有液体带走压缩产生的热量，所以多采用两级压缩，两级之间有冷却器，第二级后有后冷器。由于缺乏液体密封，其转速比喷油螺杆式空气压缩机要高。单级压缩干式元油螺杆空气压缩机的排气压力可达到0.35MPa，两级压缩可达到1MPa。b) 水润滑元油螺杆式空气压缩机由于有水进入压缩腔，在起到密封作用的同时可带走空气压缩过程中产生的热量，只要单级压缩排气压力就可达到O.69 MPal MPa。69 -GB/T 26921一20门一般而言，喷油螺杆式空气压缩机的比功率范围为5.7 kW/(旷/min)6.7 kW/(m3/min)，无油螺杆式空气压缩机的比功率范围为6.4kW /(m3 /min)
42、7. 8 kW/(m3 /min)。螺杆式空气压缩机的控制方法主要有如下几种:a) 加载/卸载加载/卸载控制是螺杆式空气压缩机最早使用的控制方法之一，压力控制范围约为o.07 MPaO. 1 MPa。空气压缩机将运行在全容量下，直到检测到系统压力达到压力开关的最高压力设定点。当该设定点达到时，发出一个信号关闭进气阀，同时释放一些或全部润滑油分离器的压力。通过关闭进气阀，压缩机就可空载运行。当系统压力降低到更低的压力设定点时，发出信号重新打开进气阀，同时压缩机缩机通过最低限度的阀门动作保证系统供气压力的稳定，从而解决了这两个问题。但对于恒压控制的空气压缩机，增加储气罐的容量不会产生与加载/卸载空
43、气压缩机相同的节能效果。恒压控制空气压缩机负荷功率对比曲线见图F.4。压缩气体所要求的功率与气体质量流量和压缩比有关。系统压力上升时空气压缩机进气阀关小，空气压缩机流量降低，压缩比增加。调节空气压缩机部分载荷操作运行需要的功率较大，效率明显降低。在多台空气压缩机应用场合，调节压缩机运行受到作为加载/空载压缩机机器数目的相同限制。多台空气压缩机在相同时间低于满载运行使系统压力非常稳定，但使用效率非常低。70 、. f GB/T 26921-20门120.0 100.0 100 120 -恒压控制(元4一恒压控制(磊排气)。20 40 60 BO 100 120 负荷百分比1%图F.5转子长度控制空气压缩机负荷功率对比曲线71 . GB/T 26921一2011d) 变速控制变速控制是通过改变压缩机主机的速度来使压缩空气的供气与用气相匹配的，变速驱动通常采用变频驱动或者开关磁阻驱动实现。由于采用变速驱动后，空气压缩机排气压力变化很小并且进气口压力非常恒定，在设计和匹配合理时这种控制类型非常有效。-些变速驱动空气压缩机在电机转速降低到20%左右时空气压缩机会停机，或在负荷降低到40%50%时空气压缩机会下载，其下载功率为加载功率的10%15%。变速驱动空气压缩机也需配备适当容量的储气罐。变频控制空气压缩机负荷功率对比曲线见
