热水供暖系统中循环水泵的选择和使用Word文件下载.docx
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2力求选择结构简单、体积小、重量轻、效率相对比较高的循环水泵。
1力求运行时安全可靠、平稳、振动小、噪音低、抗汽蚀性能好。
4选择适用于流量变化大而扬程变化不大的水泵,即G—H特性曲线趋于平坦的水泵。
2.2 循环水泵的参数
2.2.1 流量1根据设计热负荷计算流量;
2根据室内采暖系统形式,在没有任何调节手段时,计算因重力或温降引起的垂直失调,并由此能克服或基本上克服这种垂直失调所需的最佳流量值;
3根据室内采暖系统形式,在具备有调节功能手段且行为节能意识尚未具备时,可暂按2条确定流量。
待行为节能意识到位或基本上到位后,届时再采用调速泵的调节实现节能,为时不晚。
必须指出,最佳循环流量值的概念不是“大流量”,而是建立在目前的室内系统尚不具备调节手段的前提下,把垂直失调率控制在
15%以内,层间室内温度的差值控制在0.2—0.4℃之间的最小流量值。
2.2.2 扬程1确定热源设备系统或换热设备系统的阻力:
锅炉房系统应控制在15mH2O以内,换热设备系统应控制在10mH2O以内。
2热力管网的最不利环路阻力,主干线按经济比摩阻30.70pa/m进行计算,局部阻力可考虑1.15—1.20的附加。
3室内系统的阻力:
一般为2—3
mH2O,水平单管串联在八组以上和共用立管分户控制系统应考虑3—5mH2O。
4系统富裕压力一般为3—5mH2O。
2.2.3 热水供暖系统的介质温度和工作压力,应根据设计计算而定,而不是锅炉的额定温度和压力。
为获得上述参数,新建供暖系统可通过计算求得,对扩建和改建的供暖系统,最好是对系统管路进行实际地测定,最后用理论计算校核,这样比较可靠。
2.3 选择方法
利用“水泵性能表”选择水泵,目前市场水泵型号、品种繁多,适合于供暖系统的水泵有单级单吸或单级双吸立式管道泵、单级单吸卧式离心泵、直联单级单吸卧式离心泵、轴开式单级双吸卧式离心泵和单级双吸中开蜗壳式离心泵等。
选择步骤:
1原有计算的流量和扬程可不再进行附加。
2在已定的水泵系列表中找某一型号的泵,查找的流量和扬程与“水泵性能表”列出的代表性(一般为中间一行)的流量和扬程一致,或者虽不一致,但在上下两行工作范围内。
如果有两种以上型号的泵都能满足要求,那就要权衡分析,通常应选其中比转速(ns)较高的、结构尺寸小、重量轻的泵。
ns的计算公式为:
单级单吸离心泵:
ns=
单级双吸离心泵:
式中:
n—转速,转/分;
G—体积流量;
m3/秒;
H—扬程,米。
3具体选定了泵的型号后,要检查泵在该系统中运行时的工作情况,观察它的流量和扬程变化范围,是否处在高效区内工作。
如果运行工况点偏离高效区很远,则说明泵在该系统中工作经济性差,最好另行选择。
2.4 循环水泵特性与热网特性的匹配
循环水泵的工作特性曲线能否与热网特性曲线相交在设计点上是很重要的,实践中,常出现热网特性曲线右移,表现在泵出口端的阀门不能全开,促使出口端的阀门长期处在节流状态,水流不断冲刷阀芯,一旦阀芯被冲刷变形,轻者失去关断功能,重者会失去节流作用,致使电机被过流烧坏,酿成事故。
再说,水泵出口端的阀门主要作用是关闭,不允许长期大关度节流使用。
造成这种状况的原因,有以下几方面:
1凭经验过大的估算管网阻力,而不是进行系统的计算。
2新建管网按规划负荷计算阻力,而实际运行负荷差距很大。
3原有旧管网的管径比正常偏大,或利用二次网的管道改做一次管网使用。
4水泵配用电机功率偏小,市场经济后,厂家只按泵的最高效率点的流量值配用电机功率。
为达到目的,针对上述的情况,采用以下四种措施组织实施:
1换水泵:
重新选择循环水泵,满足热网所需流量和扬程的需要。
2换电动机,更换比原功率大一级的电动机,如原为90kw的电动机可更换为110kw或132kw的电动机。
3改变运行方式:
如果原来系统配备的循环水泵是一开一备或二开一备,则应将备用泵开起来,就有可能满足系统要求。
4切削叶轮:
切削叶轮直径后的水泵特性曲线与热网特性曲线应尽可能匹配。
叶轮允许切削量为15—20%,即(D1一D2)/D1=0.15—0.20,当叶轮外径切削到0.9D1范围内,泵的效率几乎不变,当切削叶轮直径至0.8—0.9D1时,泵的效率下降1%左右。
叶轮切削后泵的性能按下式计算:
G2=G1·
D2/D1
H2=H1(D2/D1)2
N2=
N1(D2/D1)3
D1、D2—分别为叶轮切削前、后的叶轮
直径(
mm);
G1、H1、N2—分别为叶轮直径切削前泵的
流量(m3/h)、扬程(m)和功
率(kw);
G2、H2、N2—分别为叶轮直径切削后泵的
流量(m3/h)、扬程(m)和功
率(kw)。
上述四项措施,最可取的方法就是切削叶轮,促使水泵特性曲线与热网特性曲线相匹配。
这样可以既经济又快捷的满足供暖系统的要求。
2.5 几点建议
2.5.1 设有二台(含二台)以上循环水泵的供暖系统可不设备用泵,目前市场上较好的水泵,其连续运行时数均在10000小时以上,且安全可靠。
2.5.2 直联单级单吸离心泵,适宜选用功率在200kw以下为好,流量在400m3/h以上时,应选用双涡室果壳水泵,因为它可以很好地消除叶轮在泵壳中工作的径向力,提高泵组的使用可靠性和寿命,同时可以降低因大流量而引起的噪声,该泵体积小、重量轻、效率高、不需设地脚螺栓,在同型号水泵中,推荐SB(R)—ZL型系列水泵。
2.5.3 流量在800m3/h以上时,宜选用轴开式或中开式单级双吸离心泵,特别是流量大于1200m3/h、扬程大于50
mH2O的泵,应选用单级双吸离心泵为好。
因为双吸泵在同比转速时的效率比单吸泵高出4—6%,并且运行平稳。
轴开式单级双吸离心泵,推荐SBR型系列水泵,中开式单级双吸离心泵和中开式大容量单级双吸离心泵,推荐SL0(w)系列和0mega系列水泵。
2.5.4 立式单级单吸管道泵和BA系列单级单吸泵,宜在功率45kw以下选用,由于泵的效率相对比较低,经济性差,宜慎选用。
2.5.5 选用机械密封水泵,因为机械密封比填料密封的密封性能好,泄漏量少,轴与轴套不易损坏。
机械密封的机械损失功率较小,约为填料密封的10—15%,所以近几年,机械密封被广泛使用在离心式水泵上。
2.5.6 循环水泵的扬程必须认真计算,决不是越大越好,扬程偏高不仅轴功率急剧增加,浪费电能,重要的是泵的特性曲线与热网特性曲线不能匹配,严重影响供暖效果,但这种现象在行业中时有发生,望引以为戒。
3 循环水泵的并联效果
3.1 同性能(同型号)泵并联
3.1.1 并联后的流量是单台泵额定流量的迭加:
在供暖的特定密闭循环系统中,当网路特性曲线较平坦时(图1中2#线),即系统内管道实际阻力偏小,运行一台泵时泵出口端的阀门不能全部打开,二台泵并联后,泵出口端的阀门能全部打开,此时两台泵并联后的总流量可接近于两台泵额定流量的迭加数。
如果二台泵并联后,泵出口端的阀门还不能打开,须启动第三台泵并联后,泵出口端的阀门才能全部打开时,此时三台泵并联后的总流量可接近于三台泵额定流量的迭加数。
3.1.2 不适宜采用并联:
在供暖的特定密闭循环系统中,当网路特性曲线较陡时(图1中3#线),说明系统内管道的实际阻力偏大,并联泵的效果特别差,此时应对管网阻力进行分析计算,找出阻力特别大的管段,采用泵串联的方式,可有效克服该管段的阻力,改善供暖效果。
3.1.3并联泵数量不宜超过三台:
在供暖的特定密闭循环系统中,当网路特性曲线属正常时(图1中1#线),即管道比摩阻按规范30—70pa/m计算,单台泵运行时泵出口端的阀门能全部打开,此时如果启动第二台泵,二台泵并联后的总流量是单台泵额定流量的1.57倍,损失21.5%,如果继续启动第三台泵,那么三台泵并联后的总流量是单台泵额定流量的1.8倍,损失40%,若是再增加并联泵数量,其效果必然越来越差,因此,在正常的网路系统中,我们推荐单台泵运行,必要时最多不宜超过三台泵并联运行。
3.2 不同性能泵的并联
两台不同性能泵的并联时,当网路特性曲线较平坦(图1中2#线)即系统内管道的实际阻力偏小,其总流量接近于两台泵额定流量之和;
当网路特性曲线较陡时(图1中3#线),说明系统管道内实际阻力偏大,大小两台泵并联后,小容量的泵就没有效果。
同样,当网路特性曲线属正常时(图1中1#线),大小两台泵并联后,小容量泵的作用也是微不足道的。
4 循环水泵与系统的管路联接
4.1 水的高流速引起泵出入口管段附件阻力骤增
热网系统中主干线的水流速是遵照规范要求比摩阻在30—70Pa/m范围内进行计算的,那么水泵出入口管段的水流速应该如何控制,依据管段附件(阀门、弯头等)的阻力与水流速平方成正比的关系,即,R=ζ·
V2/2g。
泵的生产厂家要求把泵的出入口管段水流速控制在2~2.5m/s最大不得超过3.0m/s的规定,并要求在水泵的出入口段按计算的水流速配置扩散管。
扩散管一般由厂家随机配给,如果自行加工配置,需符合图2要求,α角度不能太大,太大容易产生涡流,α角度也不能太小,太小会增加阻力,因此,需控制在7°
<
α<
12°
为好。
在实际操作中,由于忽视水流速对泵出入口管段附件的阻力影响,对扩散管选用和管路附件的配置不够重视;
促使泵的出入口管段内的附件因水流速偏高,产生较大的阻力,致使热网系统不能得到足够的流量和资用压头而影响供暖效果。
现举例说明:
某工程热水供暖系统选用一台SB—ZL250-200-370A型泵,参数为G=800m3/h、H=32m、
N=90km、η=86%、转速=1450r/min。
首先按泵的进口管DN250和出口管加扩散管后DN250计算水流速:
V250=3.69×
10-4=4.72m/s
查热水网路局部阻力当量长度表得:
计算泵出入口管段的附件阻力损失:
∑R250=×
ζ=×
(0.5×
2+
0.3+0.5+7.0+1.5+2.0)=13.98 mH2O
如果按泵的进口管DN300(加扩散管后)出口管ON300(即扩二级的扩散管后)计算水流速:
V300=3.69×
10-4=3.28
m/s
再计算管段内的附件阻力损失:
∑R300=×
2+0.3×
0.5+7.0+1.5+2.0)=6.92 mH2O
由此看来水流速对循环水泵出入口管段内的附件阻力损失较大,尤其是止回阀,阻力损失分别为R250=7.96mH2O和R300=3.84mH2O。
为此,我们去冬在北京中纺局供热系统、天津武清供热站、山东胶州热力公司(一次网)、和青岛海洋大学供热中心的系统中,将原有止回阀取消后进行供热,取得了很好效果。
如天津武清供热站使用一台132km轴开式单级双吸离心泵供暖43万m2,效果良好;
青岛海洋大学在相对位差60米的坡形地理上,使用一台132km中开式单级双吸离心泵供暖25万m地取得很好的供暖效果。
关于止回阀的作用,主要是防止水倒流而引起泵的叶轮倒转,特别是突然停电会造成这种现象。
按规范要求:
水泵的正常启动和停止,须关闭泵出口阀后,才能操作泵的启停。
据泵业专家和厂方介绍,泵的叶轮在短时间内倒转(10分钟以内),对泵没有影响,即使是单吸离心泵的叶轮螺母,也不会因短时间倒转而松动。
至于可否取消止回阀,还有待商讨。
但在泵的出入口段增加扩散管,降低水流速,减少阻力损失,提高泵的运行效率,应必须做好,为此,建议在泵的入口管段,水流速控制在2m/s以内;
在泵的出口管段,水流速控制在2.5m/s以内。
4.2 管路的联接方式
循环水泵的进出口管道与系统母管的联接,习惯做法为T字形接口,这样既不合理,又增加阻力,按4.1节的例题计算T字形接管的阻力,分别为R250=3.98mH2O和R300=1.9mH2O。
如果充分利用文丘里的引流原理,把管路联接方式改为如图3的接口,那么就可以把原来并联运行的流体干扰的不利因素,转换为引流的有利因素,这样可把这部分的局部阻力降到0.5mH2O左右。
实践证明,这种管路的联接方式,虽然会给施工安装带来一些不便,但长期的运行效果,其经济性是非常可贵的。
另外,在安装管路附件,如软接头、止回阀、蝶阀及过滤器等,要注意将这些附件装在泵进出口的扩散管后的大口径上,不要装在小口径管上,否则会增加更大的阻力。
附件之间的安装要留有足够的距离,特别是蝶阀和止回阀之间,常常因距离太小,影响蝶阀和止回阀的开启,致使系统中的流量和扬程不足,影响供暖效果,这样的教训还时有发生,望引以为戒。
再有联接的所有管道和附件,不允许将重量作用于水泵上,应另设支架固定为好。
5 循环水泵的运行管理
5.1 安装调试
供暖用的循环水泵,一般为单级单吸或单级双吸离心泵,水泵由泵厂整装出厂,即水泵、电机与底板组成整体设备,所以安装比较简单,根据安装的场合,遵照水泵安装的要求,进行就位安装。
调试前必须彻底清除管道内水中的垃圾、杂物,包括锈屑、焊渣、泥浆等,否则在运转时,大杂物吸入水泵体内会损坏叶轮、主轴变形;
水中的细尘,特别是硬质的微粒,会使机械密封摩擦环摩毛而损坏。
所以,必须严格清除水中的垃圾,使水清澈后才能投入运行。
采用机械密封的水泵,切忌在断水的情况下运转,校正转向时,也只可作瞬间点动。
机械密封的二个光滑摩擦面,是靠水膜润滑的,由于二端有压差,所以运转中会有微渗水,并从轴承套下面的小孔流出,微量的水滴不到地上就会被蒸发,如果发现滴水连续不断,说明机械密封已经被摩毛或裂开;
必须检修更换新的机械密封件。
开泵前,只允许在泵出口端阀门关闭的状态下才能进行,当水泵转速达到最高值时,才可以慢慢开启阀门;
直至开足。
停泵前,须关闭泵出口端的阀门后才能实行停泵操作,但不允许较长时间地在泵进出口管路阀门关闭的状态下运行。
在试运行的过程中,必须观察并记录水泵进出口端的压差,这个静压差加上动压即为水泵的扬程,由于动压在一般情况下较小(约为0.2—0.3m),所以在压力表上反映的静压差,可视为水泵的扬程。
由于我们选用水泵的G—H特性曲线比较平坦,当实际扬程高出水泵额定扬程时,说明系统阻力偏大,流量会急剧下降。
发现这种情况,要及时分析查找管路系统的原因,一定要把阻力降下来,才有可能满足系统中的流量要求。
5.2 运行管理
设备的操作和维护人员,必须严格遵守设备操作、使用和维护检修的规程。
循环泵在运行中,每班必须检查泵的运行情况,包括泵体与电机振动、声响、轴承的外壳温度、密封漏水和运行电流值,并做好记录。
离心泵的检修可以实施状态计划修理,就是通常讲的状态维修,这种维修方式是根据日常检测结果,确定了设备状态的基础上进行的预防性维修。
供暖用的循环泵,一年中只有冬季使用,在停运的这段时间内,可根据冬季运行中发现的问题,有针对性地修理为宜,不需拆的尽量不拆。
如机械密封不拆是好的,拆了再装有可能就漏水,所以在检修中既有预防性又有计划性,如果在运行中发现泵的性能下降,应拆下叶轮检查,很可能叶轮已被汽蚀损坏,需要更换叶轮;
如果在运行中发现机械密封漏水,则需要更换机械密封件;
如果在运行中发现轴承声响振动较大,则需要更换轴承等等。
如果一切很好,只需拆下轴承盖加些润滑脂就可以了。
运行中的另一个问题是汽蚀,每一种型号的离心泵,都有一定的必须汽蚀余量,如果泵在运行中产生噪音和振动,并伴随有流量、扬程和效率的降低,有时甚至不能工作,拆开检查时可发现叶片人口边靠近前盖板和叶片靠近进出口处和前后盘上有麻点或蜂窝状破坏,这就是由于汽蚀引起的破坏,在实际运行中要引起注意。
供热循环系统中的阻力分析及循环泵选择
作者:
来源:
时间:
2007-11-02
摘要:
本文分析了供热系统中最不利环路中的各种阻力状况,并根据多年的工作实际提出了各种阻力的正常阻力范围,指出了在实际工作中,各种阻力元件阻力增大的原因、对供热系统的影响及解决的方法,并在此基础上提出了循环泵的选泵方法,具有比较强的实用性。
关键词:
阻力分析,热源的阻力,除污器的阻力,用户系统阻力,水泵进出口的阻力,水泵的扬程,水泵的流量,怎样选泵
供热循环系统的阻力主要来自两个方面,一是热水在输送管道中流动产生的阻力,叫做沿程阻力;
二是由于各种水利元件和供热设备对水的流动产生的阻力,叫做局部阻力。
对于沿程阻力,根据规范中规定:
最不利环路的比摩阻应在30-60Pa/m,其它环路的比摩阻应小于等于300Pa/m,同时循环水的流速小于等于3m/s。
对于各种供热设备的局部阻力,不同的产品有不同的标准。
供热系统最不利环路中的局部阻力和沿程阻力的大小决定了选用循环水泵扬程的大小,循环水泵扬程的大小直接影响着水泵电耗的大小,因此,有必要对供热系统中,涉及最不利环路的各种阻力进行仔细的分析。
一、热力站的阻力
供热系统的热力站有两种主要形式,一种是热水锅炉直接供暖的形式,另一种是换热器换热间接供暖的形式。
1、锅炉
供热系统中使用的锅炉大多是热水锅炉,根据其额定发热量的大小分为7Mw、14Mw、29Mw、58Mw等多种规格,根据其热媒参数可分为95/70°
C、115/70°
C、150/90°
C等,其中95/70°
C的两种参数的锅炉应用比较多。
锅炉在通过额定水量的情况下,锅炉的阻力应在40-80Kpa之间。
在供暖实际中,造成锅炉阻力增大的原因主要是锅炉通过的实际水量大于其额定的循环水量。
在锅炉的铭牌参数里,并没有提供额定循环水量的数据,具体到一台锅炉具体的循环水量是多少呢?
可以通过下面的公式进行计算:
G=860*Q/(tg-th)
G:
锅炉的额定循环水量,单位m3/h
Q:
锅炉的额定发热量,单位Mw.
tg-th:
锅炉的额定进水温度与出水温度之差,单位°
C。
对于锅炉的循环水量允许有一定的波动,波动的范围应小于20%。
当实际流量超过额定流量过多时,大大增加锅炉的阻力;
当实际流量低于额定流量过多时,会使锅炉内的部分管束流量发生偏流,造成局部汽化或爆管。
我国的锅炉标准最低热媒参数是95/70°
C,供回水温差是25°
C,而实际供热运行中,供回水的温度一般在10-20°
C之间,即使是20°
C的供回水温差,与锅炉的额定温差相比还差5°
C,当锅炉满负荷运行时,根据锅炉产热和热用户散热的平衡关系可以计算出锅炉的循环水量为:
对于14Mw,95/70°
C的锅炉,在温差25°
C和20°
C时的相应流量是:
额定流量:
860*14/25=482m3/h
实际流量:
860*14/20=602m3/h
对于14Mw,115/70°
C的锅炉,在温差45°
相应流量:
860*14/45=268m3/h
假如锅炉在额定水量下运行,其阻力是50Kpa,在上述实际流量下运行时的阻力是:
对于14Mw,95/70°
C的锅炉实际阻力是:
(50/482)*602*602=79Kpa
对于14mw,115/70°
(50/268)*602*602=252Kpa
两种不同参数的锅炉阻力分别增长了29Kpa和202Kpa。
锅炉阻力的增加也就是增加了循环泵的负担,增加了电耗,因此要把锅炉的阻力降低到合理的程度,具体的方法是根据锅炉流量增加的程度,增加一条与锅炉并联的分流管道,分流的管径应通过合理的水力计算确定,分流管道上安装的阀门应该使调节阀、平衡阀或自力式流量控制阀,不应是闸板阀。
应用时使用流量计测定锅炉的实际水量来决定阀门的开启程度。
2、换热器
供热系统中常用的换热器是板式换热器,换热器对于热媒参数和循环流量的要求不向锅炉那样严格,但过高的流量同样会大大增加换热器的阻力,影响水泵出力。
换热器的阻力一般是20-50Kpa。
如吉林省锅炉房,两台循环泵流量600m3/h,扬程55m,电机功率132Kw,三台7Mw热水锅炉。
运行中发现水泵的流量仅370m3/h,通过仔细查找,发现因为只运行一台锅炉,370m3/h的循环水全部通过锅炉,而根据计算锅炉的额定水量仅仅是240m3/h,由于实际流量达到额定流量的154%,使得锅炉的实际阻力达到160Kpa。
为减少锅炉阻力将第二台锅炉打开进行分流,同时打开两台锅炉后,锅炉阻力下降到60Kpa,水泵的流量增加到550m3/h,每台锅炉通过的水量为275m3/h,是额定流量的115.8%,系统工作良好。
二、除污器
在循环泵的进口前,都安装有除污器,目的是清除管道中的杂质,保证水泵和锅炉的安全运行。
除污器的阻力一般在10-20Kpa之间。
出现除污器阻力增大的原因有以下几个方面:
第一,除污器堵塞,这种原因在现场见到的比较多,第二,非正常原因,如用原有的两个小型号的除污器并联安装在大一号的管道上;
使用自制的除污器在制作当中流道或流通面积制作不合理。
如吉林省某锅炉房,回水母管管径是DN500,采用原来以俩的两台DN350的除污器,在供热面积近70%时,发现除污器阻力已达50Kpa,第二年供热面积要达到100%,根据计算,其阻力将达到102Kpa。
三、循环泵进出口的阻力
水泵进出口阻力的大小取决于水泵进出口各种水利元件的阻力和进出口管道的阻力,正常情况下,从水泵进水管与回水母管连接处到水泵出水管与系统供水母管的连接处,之间的阻力损失在30-60Kpa之间,而实际在供热系统中,这个阻力多达到50-100Kpa之间,只是由于这段阻力在现场不容易发现而被人忽略。
水泵的进口管径比出口管径一般情况下要小一号
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