热水供暖系统中循环水泵的选择和使用

热水供暖系统中循环水泵 摘 要 本文就循环水泵的选择原则 参数确定和选择中的几个问题进行 分析 指出泵的特性与热网特性不相匹配的原因和解决的方法 对并联泵的效 果和管路联接方式进行了分析计算后 提出一些建设性意见和建议 关键词 循环水泵 并联 管路联接 1 前言 由热源设备 热网和室内采暖系统组成的热水供暖系统是一个系统工程 一个整体 忽略任何一部分都会严重影响系统的供暖效果 循环水泵是联接热 源 热网和室内采暖系统的枢纽设备 通过它把温暖送给千家万户 所以 循 环水泵的性能和参数的合理性 就显得格外重要 因此合理选择和正确安装使 用循环水泵 是取得较为满意的供暖效果的关键 作者在近几年的实践中 遇 到因循环水泵选择和使用不当而影响供暖效果的现象有以下几种 1 循环水泵 出口端的阀门不能百分之百打开 只能按电动机的允许额定电流控制阀门的开 度 否则会引起电动机的实际运行电流超过其允许的额定电流而烧坏电动机 2 循环水泵的使用往往不是一台 而是二台 三台 多台并联使用 更有七台 泵同时并联使用的先例 而且多台并联使用 有的是同型号 同性能 也有型 号不同 性能也不相同 1 管道系统与泵的联接方式各异 不在同一位置 不 在同一平面 造成系统不顺 阻力增加 4 循环水泵的出力达不到设计参数等 在排除循环水泵因制造原因而达不到实际参数不可预见外 我们应根据供暖系 统提供的参数 合理选择适用本系统的循环水泵的型号和参数 最大可能地满 足系统要求 2 循环水泵的选择 2 1 选择的原则 循环水泵在供暖系统中所占比例 无论是容量还是设备数量都是很大的 运行中的问题也比较多 因此 正确选择 合理使用和管理 确保正常供暖和 提高经济效益是十分重要的 选择的原则是 设备在系统中能够安全 高效 经济地运行 选择的内容主要是确定它的型式 台数 规格 转速以及与之配 套的电动机功率 选择时应具体考虑以下几个原则 1 所选的循环泵应满足系统中所需的最 大流量和扬程 同时要使循环水泵的最佳工况点 尽可能接近系统实际的工作 点 且能长期在高效区运行 以提高循环水泵长期运行的经济性 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 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 式中 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 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 角度不能太大 太大容易产生涡流 角度 也不能太小 太小会增加阻力 因此 需控制在 7 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 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 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 0 5 2 0 3 2 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