[发明专利]物理学在电源频率不足时解决水泵抽水扬程问题的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一款物理学在电源频率不足时解决水泵抽水扬程问题的应用。

背景技术

县属自来水厂有两台150s100型离心式水泵，一备一运行。水泵标称扬程100米，额定流量160m³/时，配用电动机两台，各75千瓦，转速2950转/分。输水管道为Ф150mm，管线长182.2米，从乌江边囤船取水，要求净扬程97米。供电系统系地方电网，并网的县办四座电站均系径流式，无调节能力，供电能力随水力丰枯而变化。每年枯水期，年年发生电源周波不足(50赫以下，)导致电机转速下降，水泵不能抽到额定扬程，因而带来全城停水的问题。因此，解决水泵的抽水扬程问题迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于通过物理电工学原理在电源频率不足时解决水泵抽水扬程问题的应用。

本发明为了解决其技术问题，所采取的技术方案是：几个解决方案的比较。

1、电源正常(50赫)时水泵单机运行。众所周知，式中hr为装置扬程；h_净为净扬程；(这里H_净＝97米为巳知)；p₁p₂为大气压强(p₁＝p₂∴p₂-p₁＝0)；∑h_损为管线装置水头损失之和(可用∑h_损＝ιi求出，ι＝182.2米，且当Q＝160m³/时时，在Ф150mm管线中的水力阻力系数i＝84.7毫米/米，∴∑h_损＝ιi＝182.2×84.7/1000≈15米)。

∵p₂-p₁＝0  ∴式(1)可写成：H_Y＝H_净+∑h_损  (2)

又∵管路中的水力损失与管路中流速的平方成正比，

∴∑h_损＝KQ²  (3)

式(2)可以写成：H_Y＝h_净+KQ²  (4)

巳知KQ²＝15米，Q＝160m³/时或0.0445m³/秒，代入(3)式有：15＝K×0.0445²  ∴K＝15/0.0445²≈7793  代入(4)式得：H_Y＝97+7793Q²  (5)

式(5)抛物线方程就是水泵的装置扬程曲线。取不同Q值代入公式，得到对应的H_Y值。将H_Y曲线与150s100水泵性能曲线(产品样本性能曲线图)画在同一坐标图上时，H_Y和水泵扬程曲线H有一个交点H_Y1。这就是水泵在现有装置条件下的工况运行点。

从图1可以看出，此时水泵单机运行的装置扬程为105米，水头损失h_损＝105-97＝8米，水泵流量为111.6m³/时，运行效率为67.5％，轴功率为45千瓦，电动机功率为66.7千瓦，单位水产量耗电为66.7÷111.6＝0.6度/吨水。

因此，单机在电源频率正常情况是很不理想的。按24小时作业计算流量为2678.4m³/日，减去水厂自用水量134m³/日，净产水能力仅为2544m³/日，与夏季县城日供水需水量约相差一半。水厂原来在夏季给水供不应求的原因也在于此。

2、当电源频率下降为48赫、47赫、46赫、45赫时水泵单机运行。

由电工学得知：电机旋转磁场每分钟的转速与电源频率成正比。据此算出频率降低后的转速如表1。