Når gjelder affinitetslovene?

Affinitetslover gjelder for sentrifugalpumper, vifter og blåsere som opererer på en fast systemkurve. De antar geometrisk like forhold og inkompressibel strømning. De fungerer best for hastighetsendringer opptil omtrent ±30% fra designpunktet.

Hva er begrensningene ved affinitetslovene?

Affinitetslovene er omtrentlige. De tar ikke hensyn til effektivitetsendringer ved forhold utenfor design, skift i systemkurven, kavitasjon eller kompressibilitetseffekter. For store hastighets- eller diameterendringer (>30%) kan faktisk ytelse avvike betydelig fra forutsigelsene.

Hvordan sparer turtallsregulering med VFD energi?

Fordi effekten varierer som en kube av hastigheten, gir selv en liten hastighetsreduksjon store energibesparelser. Å redusere hastigheten med 20% reduserer strømforbruket med omtrent 49% (0,8³ = 0,512). Dette er grunnen til at frekvensomformere (VFD-er) er svært kostnadseffektive for strømningskontroll sammenlignet med strupeventiler.

Hva er sammenhengen mellom strømning og trykk?

I henhold til affinitetslovene, hvis hastigheten endres med forholdet r, endres strømningen med r og trykk/høyde endres med r². Så hvis du dobler hastigheten, dobles strømningen, men trykket firedobles. Hvis du halverer hastigheten, halveres strømningen, men trykket synker til en fjerdedel.

Gratis ingeniørverktøy

Kalkulator for affinitetslover

Beregn ny strømning, trykkhøyde/trykk og effekt når pumpe- eller viftehastigheten (eller impellerdiameteren) endres. Basert på sentrifugalpumpens affinitetslover.

Pumper og vifter Hastighet og diameter VFD-besparelser

Resultater

Ny Flow Q₂

Nytt hode / trykk H₂

Ny Power P₂

Hastighetsforhold (n₂/n₁)

Strømningsforhold (Q₂/Q₁)

Trykkforhold (H₂/H₁)

Effektforhold (P₂/P₁)

De tre affinitetslovene

Affinitetslovene knytter strømningshastighet, trykk og effekt til endringer i rotasjonshastighet eller impellerdiameter for sentrifugalpumper, vifter og blåsere:

Der forholdet kan være enten n₂/n₁ (hastighetsendring) eller D₂/D₁ (diameterendring).

Hastighetsendring vs. diameterendring

De samme matematiske forholdene gjelder for både hastighetsendringer og endringer i impellerdiameter:

Parameter	Hastighetsendring	Diameterendring
Flyt Q	Q₂ = Q₁ × (n₂/n₁)	Q₂ = Q₁ × (D₂/D₁)
Hode H	H₂ = H₁ × (n₂/n₁)²	H₂ = H₁ × (D₂/D₁)²
Kraft P	P₂ = P₁ × (n₂/n₁)³	P₂ = P₁ × (D₂/D₁)³

VFD-energibesparelser

Viktig innsikt: Kraften varierer etter hvert som kube av hastighet. En 20% hastighetsreduksjon sparer omtrent 49% strøm (0,8³ = 0,512). Dette er grunnen til at frekvensomformere (VFD-er) er et av de mest kostnadseffektive energisparingstiltakene for pumper og vifter.

Hastighetsreduksjon	Strømningsreduksjon	Reduksjon i løftehøyde	Strømsparing
10%	10%	19%	27%
20%	20%	36%	49%
30%	30%	51%	66%
40%	40%	64%	78%
50%	50%	75%	88%

Praktisk eksempel

Eksempel – Økning av sentrifugalpumpehastighet

Gitt: n₁ = 1450 RPM, n₂ = 1750 RPM, Q₁ = 100 m³/h, H₁ = 25 m, P₁ = 7.5 kW

Hastighetsforhold r = 1750 / 1450 = 1.2069

Q₂ = 100 × 1.2069 = 120.7 m³/h

H₂ = 25 × 1.2069² = 36.4 m

P₂ = 7.5 × 1.2069³ = 13,2 kW

⚠️ Begrensninger: Affinitetslovene forutsetter konstant effektivitet, geometrisk like forhold og inkompressibel strømning. For hastighetsendringer utover ±30% kan den faktiske ytelsen avvike betydelig. Impellerens trimmingslover er mindre nøyaktige enn hastighetsendringslover – kontroller alltid med produsentens kurver.

Affinitetslovene (også kalt viftelover eller pumpelover) er tre sammenhenger for sentrifugalmaskiner:

Volumstrøm varierer lineært med turtallet: Q₂ = Q₁ × (n₂/n₁)
Løftehøyde/Trykk varierer med andre potens: H₂ = H₁ × (n₂/n₁)²
Effekt varierer med tredje potens: P₂ = P₁ × (n₂/n₁)³

De samme forholdene gjelder når løpehjuldiameteren endres i stedet for turtallet.

Affinitetslovene gjelder for:

Sentrifugalpumper, vifter, blåsere og turbiner
Drift på en fast systemkurve
Geometrisk like strømningsforhold
Inkompressible fluider (væsker, luft med lav hastighet)

De fungerer best ved turtallsendringer på opptil ±30% fra dimensjoneringspunktet. De gjelder ikke for fortrengningspumper eller stempelkompressorer.

Viktige begrensninger:

De forutsetter konstant virkningsgrad — i virkeligheten endres virkningsgraden ved driftspunkter utenfor dimensjoneringspunktet
Store turtallsendringer (>30%) kan gi betydelige avvik
Lovene for trimming av løpehjulet er mindre nøyaktige enn lovene for turtallsendring
Ikke gyldige for kompressibel strømning ved høye Mach-tall
Tar ikke hensyn til kavitasjonseffekter (NPSH)
Endringer i systemkurven (f.eks. ventilstruping) gjør beregningene ugyldige

Fordi effekten varierer med tredje potens av turtallet, gir selv små turtallsreduksjoner store energibesparelser:

10% turtallsreduksjon → 27% effektbesparelse
20% turtallsreduksjon → 49% effektbesparelse
30% turtallsreduksjon → 66% effektbesparelse
50% turtallsreduksjon → 88% effektbesparelse

VFDs (frekvensomformere) utnytter denne kubiske sammenhengen, noe som gjør dem langt mer effektive enn strupeventiler for regulering av volumstrøm. Typiske tilbakebetalingstider er 6–18 måneder.

For et gitt turtallsendringsforhold r:

Volumstrømmen endres med en faktor r (lineært)
Trykket/løftehøyden endres med en faktor r² (kvadratisk)

Hvis du dobler turtallet (r=2), dobles altså volumstrømmen, mens trykket firedobles (4×). Hvis du halverer turtallet (r=0,5), halveres volumstrømmen, mens trykket synker til 25%. Denne ikke-lineære sammenhengen er sentral for å forstå hvordan pumpe- og viftesystemer oppfører seg.

Prosedyrene som er beskrevet på denne siden, ble utviklet og testet i felt av Vibromera-teamet med Balanset-1A, en bærbar tokanals balanserer og vibrasjonsanalysator for balansering av rotorer på stedet.