漫谈大功率离心泵组配用电动机功率的确定

前言

十几年前，有一家工程公司，由于电动机选型失误（功率偏小），造成泵组在现场无法正常启动的情况，导致各方损失惨重。合理的选型及配用合适的电动机功率，是确保泵组正常启动及可靠运行的关键。

本文将以某大型泵组（增压泵+电动机+增速齿轮箱+主泵）为例，为朋友们分享大功率离心泵组配用电动机功率确定的依据及过程。

标准规定

GB/T 16907《离心泵技术条件（Ⅰ类）》【等同于ISO 9905】、GB/T 5656《离心泵技术条件（Ⅱ类）》【等同于ISO 5199】、GB/T 5657《离心泵技术条件（Ⅲ类）》【等同于ISO 9908】标准中对于轴功率在100 kW以内的泵组，给出了一个配用电动机功率的选择原则，见图1。

图1 - 泵轴功率与配用电动机功率系数关系图

ANSI/API 610第11版标准对电动机铭牌功率的要求如表1。

表1 - 泵轴功率与配用电动机功率（铭牌功率）系数关系表

从上表中可以看出，对于额定铭牌功率大于55 kW的电动机，其配用功率应为被驱动设备总轴功率的1.1倍以上。

上述标准中对配用电动机功率的确定，通常仅适用于功率不大、运行工况比较稳定、无特殊要求的离心泵组。而对于大功率离心泵组配用电动机功率的确定，需要涉及到多种因素的影响。

合同要求

1) 电动机为双轴伸结构，主轴伸通过增速齿轮箱驱动压力泵，副轴伸直接驱动增压泵。

2) 电动机的设计必须与泵组的运行条件和维护要求一致。电动机的特性曲线（特别是负载特性曲线）应完全满足泵组的要求。

3) 电动机应能在频率额定，电源电压变化±10%以内，或者电压额定，频率变化±5%以内，或者电压和频率同时变化，但变化之和的绝对值在10%以内时连续满载运行。

4) 电动机应能在额定电压下直接启动；在不低于80%额定电压时能满负荷平稳启动，且能在65%额定电压下满负荷自启动。在额定电压条件下，电动机启动电流倍数不应大于5.5。

5) 电动机的铭牌功率应不小于拖动设备在最大工况下功率的115%。

影响因素

影响离心泵配用电机功率选择的因素较多，主要如下：

1) 泵启动方式

离心泵的启动方式有两种：开阀启动和闭阀启动。而开阀启动通常又分为最小稳定流量工况下启动和运行工况下启动，在某些特殊情况下，甚至还有阀门全开（曲线末端开阀）启动。不同启动方式，泵组的启动（转速-转矩）曲线不一样。

2) 泵的运行范围

离心泵的运行范围基本处于最小连续稳定流量至最大允许的运行流量工况之间。

3) 介质特性

影响电动机功率的介质特性主要是粘度，应以介质最大可能出现的粘度来确定电动机的功率。

4) 调试要求

对于低密度的介质，有些用户要求：泵组在现场调试时满足最小连续稳定流量下（或者额定工况下）的常温水试要求。此时，泵的轴功率应以常温水的密度来计算，并据此来确定电动机的铭牌功率。

5) 现场电源情况

不合同都要求电动机能在用户现场电源电压波动、且在80 % Un下启动。

5) 其它因素

 其它特别要求。

选择及确定

1)  已知

额定工况下，增压泵的额定轴功率为2209 kW，主泵的额定功率为5616 kW，齿轮箱消耗的功率为75 kW；最大工况下，增压泵的额定轴功率为2428 kW，主泵的额定功率为6171 kW，齿轮箱消耗的功率为82 kW。额定工况下，泵组总的轴功率为7900 kW；最大工况下，泵组总的轴功率为8681 kW。

2) 合同要求

电动机的铭牌功率应不小于拖动设备在最大工况下功率的115%，则电动机的铭牌功率应不小于8681 kW ×1.15 = 9983.15 kW。

3) 初步选择

电动机铭牌功率初步确定为：10000 kW。

4) 电机厂对电动机配用（铭牌）功率的校核

将泵的启动曲线提供给电机厂，以对电动机选用功率进行校核。两种泵型的启动曲线如图2和图3。

图2 - 增压泵启动曲线

图3 - 主泵启动曲线

将其代入电动机的启动曲线，见图4。

图4 - 电动机及其负载启动曲线

从上述曲线可以看出：电动机的功率选择是合理的。