热水供暖系统中循环水泵的选择和使用介绍

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**。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**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,**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**大流量和扬程,同时要使循环水泵的**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**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。      **指出,**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**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**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,**好是对系统管路进行实际地测定,**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,**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**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**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,**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**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**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**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。 
   **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=×(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**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。**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**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**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,**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;**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**高值时,才可以慢慢开启阀门;直**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,**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,**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**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**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**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。