水泵的术语、选择范围与性能曲线(共55页).ppt

1、1水 泵DES7002目 标通过选择房间末端盘管和空调箱盘管的冷冻水系统，我们已经知道了房间内冷冻水的要求。我们也确定了建筑内盘管的位置。接下来我们应布置将冷冻水送到盘管的输送系统。为了把冷冻水从冷水机组分到空调末端，我们布置了冷冻水管路系统，确定了管径，选择了水泵必须克服的最不利环路的阻力损失。最后，我们应该考虑水泵系统。本章中描述了离心水泵及如何应用和选择。学完本章后，你能够： -了解离心水泵的运行 -正确应用离心水泵 -根据制造厂的泵的参数来选择离心泵 -画出管路的阻力曲线与水泵性能曲线的交点 -了解并联与串联水泵的性能曲线。3目 标 了解离心水泵的运行 正确地使用离心水泵 将管路的特性

2、曲线迭加到水泵的特性曲线上 从制造商的水泵资料中选择离心水泵 了解水泵并联和串联的特征曲线4设计检查步骤 选择控制区域选择控制区域 计算冷、热负荷的峰值计算冷、热负荷的峰值 选择风机盘管末端设备选择风机盘管末端设备 选择末端的控制类型选择末端的控制类型 设计水系统设计水系统 设计冷凝水排水系统设计冷凝水排水系统 选择冷水机组选择冷水机组 选择辅助设备水泵选择辅助设备水泵5水泵的术语流量：流量： 水泵的流量通常用加仑水泵的流量通常用加仑/每分钟来表示每分钟来表示 gallon/s(gpm)压头：压头： 水底部的压力通常用英尺水柱来表示水底部的压力通常用英尺水柱来表示净吸入压头：净吸入压头： 水泵

3、的净吸入口的压力要到达防止产生气蚀的要求。水泵的净吸入口的压力要到达防止产生气蚀的要求。气蚀：气蚀： 如果系统中任何一个地方的水压力低于水的蒸发压力，溶解的空气会如果系统中任何一个地方的水压力低于水的蒸发压力，溶解的空气会从水中放出变成气泡。流到压力高的地方，气泡会破裂。气泡的形成和从水中放出变成气泡。流到压力高的地方，气泡会破裂。气泡的形成和破裂称为气蚀现象，常发生在水泵的进口端。破裂称为气蚀现象，常发生在水泵的进口端。 当气蚀现象发生时，它常使水泵产生运行噪声、损坏叶轮、产生水击。当气蚀现象发生时，它常使水泵产生运行噪声、损坏叶轮、产生水击。必须防止这种现象。必须防止这种现象。6水泵的术语

4、 流量：流量： - 体积流量表达为加仑/每分钟 压头：压头： - 压力通常用水柱高度表示，一般是用英尺做单位7确定水泵的压头 泵的压头被分为吸入压头和输出压头。水柱是有重量的。当系统是开式系统时水泵必须克服以上压头。 下面几页介绍的是在不同情况下，如何确定水泵的总压头。 水泵的吸入水头等于吸入静压、作用在被抽吸水面上的压力、管路的沿程阻力和动压头的总和。输出压头的组成同样。 不过，水泵吸入口的压头组成是关键。它取决于吸入管路和吸入面是高于还是低于水泵的中心线。 从以下几页来看这种影响。8确定水泵的压头 吸水池在泵的中心线下 吸入压头总计：吸入压头总计： 吸入段的静压头吸入段的静压头 吸入段的摩

5、擦阻力吸入段的摩擦阻力 水面上的任何正压水面上的任何正压P1 排出压头总计：排出压头总计： 排出段的静压头排出段的静压头 排出段的摩擦阻力排出段的摩擦阻力 水面上的任何正压水面上的任何正压P2 总压头总压头=吸入压头吸入压头+排出压排出压头头9确定水泵的压头吸入面高于水泵中心线吸入压头总计吸入压头总计吸入段静压吸入段静压吸入段沿程阻力吸入段沿程阻力吸入段水面上的压力吸入段水面上的压力排出压头总计排出压头总计排出段静压排出段静压排出段沿程阻力排出段沿程阻力排出段水面上的压力排出段水面上的压力总压头总压头=吸入压头吸入压头+排出压头排出压头10确定排出压头(可能排出到水池中) 排出静压头 = 例1

6、： - 不把排出管垂向水池 - 排出静压头 = H1 例2： - 将排出管垂向水池 - 排出静压头 = H2 在例2中，下垂管提供了一段补偿量C。 下垂管提供的水柱的补偿了水泵的排出压头11防真空器下垂管插入水池中以下情况是管路系统中应该注意的。这可能发生在冷凝器的管路中。如果下垂管的长度H大于35英尺，大气压力不能够承担如此高度水柱的压力，一些水将落在水池中，在管路的顶部形成真空。当水泵再启动时，管道内的真空被迅速破坏，从而形成水击。水击会产生很大的压力，对管路和冷凝器造成破坏。为防止此现象，在排出管的立管最高处安装一个防真空器。当水泵停止运行时，H高的水柱都落在水池中。当水泵再启动时，再充

7、满管道。安装防真空气后，水泵启动时，其排出段的压头是H2。12防真空器(排出管置于水池中)当下垂管长度大于当下垂管长度大于35ft时，水泵关时，水泵关闭闭 大气压力大气压力P不能支持不能支持HH2高的水柱重高的水柱重 在在H高处顶部将形成真空高处顶部将形成真空 当泵启动时，真空迅速破坏当泵启动时，真空迅速破坏 产生水击产生水击 管路产生机械破坏管路产生机械破坏防止排出段形成真空防止排出段形成真空当泵关闭时，水顺着管路排下当泵关闭时，水顺着管路排下H有防真空的水泵排出压头有防真空的水泵排出压头 运行运行 = H2；启动；启动 = H13吸上真空高度(NPSH) NPSH是要求水泵不产生气蚀的最小

8、压力值。 当水中出现气泡并迅速破裂时就产生了气蚀。如果吸入吸入段的压力低于蒸发压力就会产生气泡。气泡在水泵叶轮之前产生。水的压力会使气泡迅速破裂，并且产生噪声，损坏叶轮。 必须防止这种现象。14吸上真空高度(NPSH) 水泵法兰前的压力 (P) 必须防止气蚀 气蚀现象： 形成气泡并迅速破裂 如果 P下降到水的蒸发压力以下，水会在到达叶轮入口前迅速变成气泡 水泵使压力超过水蒸发压力 气泡迅速破裂 噪声 迅速磨损叶轮Pressureat SuctionFlange15卧式壳体别离式水泵以下图表示了卧式壳体别离式双吸泵。这种泵通常在1150RPM或1750RPM转速下运行。轴承位于轴的末端，方便维修

9、。泵能被完全拆开而不影响管道系统。因为水从两个末端进入泵，不要求末端止推装置。它的缺点是外壳的铸造有些复杂，且需要两个填料盒。同样，由于轴在叶轮的吸入口占据一定空间在两轴承支撑之间的长度较大，轴的直径必须增加以保证第一临界速度在运行速度之上。这两个因素导致了入口损失的加大。但无论如何，它的高效是显而易见的，很多工程师都偏爱这种型号的泵。16卧式壳体别离式水泵 在 1150 或 1750 RPM转速下运行 两侧吸入 轴承在轴的末端 维修方便 不需要推力轴承 整个泵可以在不影响管道系统的情况下撤除 高效率 长的轴 直径较大 往往是昂贵的Pump17单吸水泵 以下图表示一台单侧吸入水泵，也叫垂直对开

10、壳泵。这种泵也被归于“组合泵。电动机和泵是一个组合体。这构成了一个紧凑且不太昂贵的泵甚至在较大的容量下。它的电动机和泵轴是特殊设计的。 电动机和泵可改变为各自有单独的机壳，通过一个轴连接，安装在同一根底上。这方便了标准电动机的使用。 在任何情况下，当要翻开单吸泵进行维修时，管道系统都必须与之切断连接。尽管只有一个填料盒，但还是难以触及。 流体进入叶轮入口时没有阻抗，进口损失很小。 这类泵通常与4极或2极60Hz的电机配对，转速为1750或3500RPM。18单 吸 水 泵 单吸水泵 一体式 维修困难 入口损失低 “组合泵设计 特殊马达和泵 分开的泵和马达 在同一根底上 标准马达 水泵本钱低 在

11、 1750 或3500 RPM运行 使用普遍19水泵的密封 以下图表示了填料环和机械轴封防制液体沿泵轴的渗漏。填料环要求沿着轴有持续的少量流体渗漏用以轴承的冷却和润滑。如果填料盖压得太紧，泵轴会留下划痕且渗漏将不受控制。维修昂贵且麻烦。 如果一个带有填料环的泵在低于大气压下抽吸，低压诱导水进入填料中心附近的水封环将变成必须的。在这种情况下，水的渗漏流动既进入泵的抽吸，又沿着泵轴出来。假设被抽吸的水是干净并且没有泥沙的话，它能被用管道从泵输送到填料环。否那么，密封水必须来自一个外部加压调节的水源。 机械轴封可以防止所有的渗漏，除了可以忽略的蒸发量，所以泵的排水管不是必需的。无论如何，通过泵的流体

12、一定要保持供给轴承。否那么，泵将会过热导致损坏。 机械轴封在市场上很受欢送。20水泵的密封 填料环和机械密封 水的小渗漏 冷却和润滑轴承 来自泵本身的水 水泵必须抽送水 否那么会使轴承过热 最小渗漏 蒸发 水泵不需要排水21水泵的材料 通常的空气调节标准要求铸铁泵壳和青铜叶轮。泵轴可以是不锈钢或低碳钢，青铜或陶瓷的轴套覆盖所有的与水接触的局部。 轴承几乎都用滚珠轴承。 为了用于特殊的情况，泵可以用多种的特殊的材料。22水泵的材料 空调用 铸铁水泵外壳 青铜叶轮 不锈钢轴 或低碳钢轴 青铜或陶瓷轴套覆盖水与轴接触的区域 滚珠轴承 特殊用途 按需要选择材料23水泵的性能曲线 泵性能的典型特性通过下

13、面的图表描述出来。扬程流量曲线是由制造厂商通过固定转数、叶轮尺寸和外壳尺寸的标准实验得出的。 对于离心泵，当流速增大时，它的扬程逐步减小。24典型的水泵性能曲线 典型的水泵性能 扬程-流量曲线 “水泵性能曲线 由厂商所做的标准试验确定25平坦型与陡降型水泵性能曲线 水泵的性能可以更进一步通过水泵的性能曲线的斜率表现出来。表示为平坦型或陡降型。平坦型曲线的水泵一般用在闭式系统中，且流量可能会变化较大。陡降型曲线的水泵一般用在开式系统中，如扬程高和流量相对稳定的冷却水系统中。26平坦型与陡降型水泵性能曲线 由水泵曲线的斜率表现出来的特点 平坦型或陡降型 平坦曲线的水泵 当流量改变的时候扬程轻微地变

14、化 适用于预期流量不稳定的闭式系统冷冻水循环 陡降曲线的水泵 当流量稍有改变的时候扬程变化较大 适用于扬程变化较大时要求恒定流量的开式系统冷却水系统27管路特性曲线闭式系统 对于一个给定的管道系统，阻力损失会随着通过管道的流量的变化而改变。这个阻力特性画在压头与流量图上就被称为“管路特性曲线。它可以根据下面的方程绘出。 Head2 = Head1 (Flow2 / Flow1 ) 2 因此，一旦某个管路系统的设计流量和阻力损失被定下来，这个管路系统的管路特性曲线就可以如以下图所示在泵的性能曲线图上绘制出来。 管路特性曲线与泵性能曲线的交点定义为管路系统的“工作点。28管路特性曲线闭式系统 管路

15、特性曲线表示在流量变化时候的管路阻力的变化 head2=head1 (Flow2/ flow1)2 管路特性曲线与水泵性能曲线的交点确定系统的工作点29管路特性曲线开式管路 对于一个给定的管道系统，阻力损失会随着通过管道的流量的变化而改变。这个阻力特性画在压头与流量图上就被称为“管路特性曲线。它可以根据下面的方程绘制。 Head2 = Head1 (Flow2 / Flow1 )2 因此，一旦某个管路系统的设计流量和阻力损失被定下来，这个管路系统的管路特性曲线就可以如以下图所示在泵的性能曲线图上绘制出来。 当管路“敞开时的不同之处在于当流量为零时泵的压头不为零这是由于开式管路的不平衡压头造成的

16、。 管路特性曲线从这个不平衡压头和零流量开始。换句话说，这个不平衡压头加到了每点计算出的系统压头上。 管路特性曲线与泵的性能曲线的交点定义为管路系统的“工作点。30管路特性曲线(开式系统) 管路特性曲线表示在流速变化时候的管路阻力的变化 head2 =head1 (Flow2 / flow1)2 开式系统的不平衡扬程H是附加的 管路特性曲线与水泵性能曲线相交在开式系统更高的工作点31水泵的功率 有效功率：有效功率： 是产生水泵总压头所需要的功率是产生水泵总压头所需要的功率 HP =GPM8.33lb/galHdft/ 33,000 = GPMHd/ 3960 轴功率：轴功率： 电机必需提供给泵

17、运行的功率。电机必需提供给泵运行的功率。 BHP = 有效功率有效功率/泵的全效率泵的全效率 泵的效率是由制造厂商实验确定的。泵的效率是由制造厂商实验确定的。32水泵的功率 有效功率： 水泵需要能量以克服从排出口到吸入口的总阻力 静压头损失 摩擦损失 速度水头 (通常被忽略) = (Gpm 8.33 lb/gal 总水头)/33,000 = (Gpm 总水头) / 3960 轴功率： 马达输送功率流动功率/水泵效率 效率由测试决定33水泵的规格 制造厂商制造不同系列的泵。同一系列中所有的水泵都有相似的水力性能特征。 泵壳被做成各种尺寸，通常用它们排出接管的尺寸分类。吸入管总是比排出管大一号。为

18、了提供不同的使压头和功率，不同直径的叶轮被安装在给定尺寸的机壳里。 泵的性能以泵的性能曲线表示出，它以加仑/分钟为单位的流量对应以英尺为单位的压头在不同的叶轮直径下。此曲线是给定转数及电机的。轴功率和效率曲线也给出了。 因此，对于一个给定的转数，运行在一个要求的扬程下，任何人可以选择泵的尺寸，叶轮的直径，然后确定必需的轴功率。34水泵的规格 系列产品系列产品 有相似的性能特性 对于系列：对于系列： 壳体不同 叶轮直径变化 在固定的转速下运行 典型曲线典型曲线 压头对转速 不同的直径 功率和效率曲线35水泵的选择范围 从泵的曲线来看，最高效率区是泵的选择的目标MET。MET位于泵的运行压头范围的

19、中间。MET因此被认为是100 设计流量选择点。 根据MET要求，制造厂商推荐泵应在不低于67 的MET和不高于115 的MET范围内运行。给出范围是必要的，因为泵的套壳和叶轮尺寸在同一型号下不是无穷的，设计者可能不得不选择一个不是正好符合工作要求的流量和压头的泵。 如果有人想知道在MET的哪一侧来选择泵，那应该是在MET的左边。管道系统的阻力计算是基于积累多年的管子的粗糙度，设计者倾向于保守的。 实际安装后，泵将遇到比设计要小的阻力，工作点将在它的性能曲线上向右移动，输送比设计更多的流量。因此，选择在MET的左边可以缓解这种现象。36水泵的选择范围 找到水泵的最高效率点MEP 在水泵扬程的中

20、点 选择设计流量在 MEP100处 最小流量：67 MEP 选择趋向此方向 扬程通常过高 在水泵启动时会流量过大而非降低实际压头 最大流量：115 MEP37相似定律水泵给予水速度，然后把速度转换成压力，它的运转根据一组“相似定律。这些定律如下所示：1- 流量与转速成正比。2- 流量与叶轮直径成正比 。3- 压头与转速的平方成正比。4- 压头与叶轮直径的平方成正比。5- 轴功率与转速的立方成正比。6- 轴功率与叶轮直径的立方成正比。这些定律在估计一个的泵在不同转速或不同叶轮直径下的性能时是非常有用的。如果相似律用于计算在一个管路系统中由于改变泵的速度或叶轮直径导致的新情况，它先假定系统阻力特性

21、曲线是的。系统阻力会以抛物线形式随着流量平方的变化而变化。38相似定律 流量：Q2=Q1(N2/N1) Q2=Q1(D2/D1) 扬程：H2=H1(N2/N1)2 H2=H1(D2/D1)2 功率：B2=B1(N2/N1)3B2=B1(D2/D1)3 式中： Q=以GPM为单位的流量 N=转速RPM D=以英寸为单位的叶轮直径 H=以英尺为单位的扬程 B=轴功率 可用于当改变水泵速度或叶轮直径时预测水泵的新性能39水泵选择过程以下对各步骤的归纳，有在这次培训中已经学过的，也有一些新的。水泵的正确选择步骤如下： 1- 确定被输送液体是冷冻水还是热水。 2- 根据设备选择来确定每一负荷的流量。 3

22、- 综合所有负荷的流量以获得泵的总流量。 4- 对泵的循环，确定最不利环路泵在输送总流量时必须提供的扬程。 5- 根据总扬程和流量，根据制造厂商的泵性能曲线来选择泵。 A对于有控制阀的闭式系统选择平坦型曲线的泵，使负荷减少时使系统压头的变化最小。 B对开式系统选择一陡降型曲线的泵。这类系统往往除了管道损失还有一个额外的不平衡 压头需要克服。因此，陡降型曲线的泵可以在恒定流量下提供高扬程。 6- 绘制管路特性曲线以确定所选泵的最终工作点。 A)确定轴功率 B)校核：如果实际系统阻力比预计的小，实际轴功率是多少。 这会使电机超载吗？ C)据此选择电机40水泵选择过程 确定水泵输送的是冷水还是热水

23、从设备选型中找到输入GPMs 找出总的输送 GPM 确定环路中的最不利环路 计算阻力 据厂商资料选择水泵 平坦型曲线的水泵用于有控制阀的闭式系统 陡峭型曲线的水泵用于开式系统 确定最终工作点 检查启动条件 根据情况选择配套电机41选型实例 我们已经根据各末端负荷确定了流量，计算了最不利环路的阻力，将通过流量和压头来学习泵的选择过程。 如下叶所示的一个闭式管路系统，在300GPM通过管路系统时有35ft .wg的损失。 1选择一台能胜任的泵型号，叶 轮尺寸，转数。 2-确定被选择泵的工作点和叶轮。泵的选择：泵的选择：使用下一页的泵性能曲线图，我们选择7 AR，1750 RPM的泵。*使用7英寸叶

24、轮*3.5HP轴功率核对MET(67%到115 )*在35 ft MET = 350 GPM*在 300 GPM时的 %MET (300/350) = 86% (符合) 剩下问题是最终工作点在那里。我们需要的点在两种叶轮尺寸之间。我们可以让制造厂商来切削叶轮，或者我们可以让叶轮保持7英寸，对照管路特性曲线来分析。427AR-1750 RPM的水泵43最终工作点7英寸叶轮的水泵性能曲线和管路特性曲线的相交点就是最终工作点。我们管路的阻力是35ft，流量是300 GPM。因此，我们能计算这一点两边的任两点，连接它们，通过绘图可以找到泵的最终工作点。在 250 GPM时, 压头 = 35250/30

25、02 = 24.2在 350 GPM时, 压头 = 35350/3002 = 47.8我们现在画出两个新的点，连接它们及要求的工作点即35ft和300GPM点。最终工作点即泵的性能曲线和管路性能曲线的交点，在37.5ft和315GPM处。要求的轴功率是3.8HP。现在，让我们看看当实际阻力比我们预计的小时，泵在启动时会发生什么。管路特性曲线会降低，平衡点会沿泵性能曲线向右移。沿着7英寸叶轮的性能曲线右一移，可以看到泵的最大功率会到达3.9HP。 所以，我们选择一个4或5马力的电机， 无论是自选还是标准配置，电机永远不会超载。44最终工作点 管路特性曲线 扬程 =35 ft 300 GPM 250 GPM ft =35(250/300)2 =24.2 350 GPM ft =35(350/300)2 =47.8 绘制新的系统点并且连接 最终工作点 315 GPM 37.5 ft 扬程 3.8 BHP 检查过载 最大BHP=3.9 ， 7