水泵術(shù)語、選擇范圍與性能曲線

1、水泵術(shù)語、選擇范圍與性能曲線目 標(biāo)通過選擇房間末端盤管和空調(diào)箱盤管的冷凍水系統(tǒng)，我們已經(jīng)知道了房間內(nèi)冷凍水的要求。我們也確定了建筑內(nèi)盤管的位置。接下來我們應(yīng)布置將冷凍水送到盤管的輸送系統(tǒng)。為了把冷凍水從冷水機組分到空調(diào)末端，我們布置了冷凍水管路系統(tǒng)，確定了管徑，選擇了水泵必須克服的最不利環(huán)路的阻力損失。最后，我們應(yīng)該考慮水泵系統(tǒng)。本章中描述了離心水泵及如何應(yīng)用和選擇。學(xué)完本章后，你能夠： -了解離心水泵的運行 -正確應(yīng)用離心水泵-根據(jù)制造廠的泵的參數(shù)來選擇離心泵 -畫出管路的阻力曲線與水泵性能曲線的交點 -了解并聯(lián)與串聯(lián)水泵的性能曲線。2目 標(biāo) 了解離心水泵的運行 正確地使用離心水泵 將管路的

2、特性曲線迭加到水泵的特性曲線上 從制造商的水泵資料中選擇離心水泵 了解水泵并聯(lián)和串聯(lián)的特征曲線3設(shè)計檢查步驟 選擇控制區(qū)域 計算冷、熱負荷的峰值 選擇風(fēng)機盤管末端設(shè)備 選擇末端的控制類型 設(shè)計水系統(tǒng) 設(shè)計冷凝水排水系統(tǒng) 選擇冷水機組 選擇輔助設(shè)備（水泵）選擇輔助設(shè)備（水泵）4水泵的術(shù)語流量流量： 水泵的流量通常用加侖/每分鐘來表示 gallon/s(gpm)壓頭壓頭： 水底部的壓力通常用英尺水柱來表示凈吸入壓頭凈吸入壓頭： 水泵的凈吸入口的壓力要達到防止產(chǎn)生氣蝕的要求。氣蝕氣蝕： 如果系統(tǒng)中任何一個地方的水壓力低于水的蒸發(fā)壓力，溶解的空氣會從水中放出變成氣泡。流到壓力高的地方，氣泡會破裂。氣泡

3、的形成和破裂稱為氣蝕現(xiàn)象，常發(fā)生在水泵的進口端。 當(dāng)氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時，它常使水泵產(chǎn)生運行噪聲、損壞葉輪、產(chǎn)生水擊。必須避免這種現(xiàn)象。5水泵的術(shù)語 流量：流量： - 體積流量表達為加侖/每分鐘 壓頭：壓頭： - 壓力通常用水柱高度表示，一般是用英尺做單位6確定水泵的壓頭 泵的壓頭被分為吸入壓頭和輸出壓頭。水柱是有重量的。當(dāng)系統(tǒng)是開式系統(tǒng)時水泵必須克服以上壓頭。 下面幾頁介紹的是在不同情況下，如何確定水泵的總壓頭。 水泵的吸入水頭等于吸入靜壓、作用在被抽吸水面上的壓力、管路的沿程阻力和動壓頭的總和。輸出壓頭的組成同樣。 不過，水泵吸入口的壓頭組成是關(guān)鍵。它取決于吸入管路和吸入面是高于還是低于水泵的中

4、心線。 從以下幾頁來看這種影響。7確定水泵的壓頭 （吸水池在泵的中心線下）吸入壓頭（總計）：吸入壓頭（總計）： - 吸入段的靜壓頭 吸入段的摩擦阻力 水面上的任何正壓（P1） 排出壓頭（總計）：排出壓頭（總計）： 排出段的靜壓頭 排出段的摩擦阻力 水面上的任何正壓（P2）總壓頭總壓頭=吸入壓頭吸入壓頭+排出壓頭排出壓頭8確定水泵的壓頭（吸入面高于水泵中心線）吸入壓頭（總計）吸入壓頭（總計） 吸入段靜壓 吸入段沿程阻力 吸入段水面上的壓力排出壓頭（總計）排出壓頭（總計） 排出段靜壓排出段沿程阻力 排出段水面上的壓力總壓頭總壓頭=吸入壓頭吸入壓頭+排出壓頭排出壓頭9確定排出壓頭(可能排出到水池中)

5、 排出靜壓頭 = 例1： - 不把排出管垂向水池 - 排出靜壓頭 = H1 例2： - 將排出管垂向水池 - 排出靜壓頭 = H2在例2中，下垂管提供了一段補償量（C）。下垂管提供的水柱的補償了水泵的排出壓頭10防真空器（下垂管插入水池中）以下情況是管路系統(tǒng)中應(yīng)該注意的。這可能發(fā)生在冷凝器的管路中。如果下垂管的長度H大于35英尺，大氣壓力不能夠承擔(dān)如此高度水柱的壓力，一些水將落在水池中，在管路的頂部形成真空。當(dāng)水泵再啟動時，管道內(nèi)的真空被迅速破壞，從而形成水擊。水擊會產(chǎn)生很大的壓力，對管路和冷凝器造成破壞。為避免此現(xiàn)象，在排出管的立管最高處安裝一個防真空器。當(dāng)水泵停止運行時，H高的水柱都落在水

6、池中。當(dāng)水泵再啟動時，再充滿管道。安裝防真空氣后，水泵啟動時，其排出段的壓頭是H2。11防真空器(排出管置于水池中)當(dāng)下垂管長度大于當(dāng)下垂管長度大于35ft時，水泵關(guān)閉時，水泵關(guān)閉 - 大氣壓力P不能支持（H-H2）高的水柱重 - 在H高處頂部將形成真空 - 當(dāng)泵啟動時，真空迅速破壞 - 產(chǎn)生水擊 - 管路產(chǎn)生機械破壞避免排出段形成真空避免排出段形成真空當(dāng)泵關(guān)閉時，水順著管路排下（當(dāng)泵關(guān)閉時，水順著管路排下（H）有防真空的水泵排出壓頭有防真空的水泵排出壓頭 - 運行 = H2；啟動 = H12吸上真空高度(NPSH)NPSH是要求水泵不產(chǎn)生氣蝕的最小壓力值。當(dāng)水中出現(xiàn)氣泡并迅速破裂時就產(chǎn)生了氣

7、蝕。如果吸入吸入段的壓力低于蒸發(fā)壓力就會產(chǎn)生氣泡。氣泡在水泵葉輪之前產(chǎn)生。水的壓力會使氣泡迅速破裂，并且產(chǎn)生噪聲，損壞葉輪。必須避免這種現(xiàn)象。13吸上真空高度(NPSH)水泵法蘭前的壓力 (P) 必須防止氣蝕氣蝕現(xiàn)象：形成氣泡并迅速破裂 如果 （P）下降到水的蒸發(fā)壓力以下，水會在到達葉輪入口前迅速變成氣泡 水泵使壓力超過水蒸發(fā)壓力 氣泡迅速破裂 噪聲迅速磨損葉輪Pressureat SuctionFlange14臥式殼體分離式水泵下圖表示了臥式殼體分離式雙吸泵。這種泵通常在1150RPM或1750RPM轉(zhuǎn)速下運行。軸承位于軸的末端，方便維修。泵能被完全拆開而不影響管道系統(tǒng)。因為水從兩個末端進入

8、泵，不要求末端止推裝置。它的缺點是外殼的鑄造有些復(fù)雜，且需要兩個填料盒。同樣，由于軸在葉輪的吸入口占據(jù)一定空間在兩軸承支撐之間的長度較大，軸的直徑必須增加以保證第一臨界速度在運行速度之上。這兩個因素導(dǎo)致了入口損失的加大。但無論如何，它的高效是顯而易見的，很多工程師都偏愛這種型號的泵。15臥式殼體分離式水泵在 1150 或 1750 RPM轉(zhuǎn)速下運行兩側(cè)吸入軸承在軸的末端 維修方便不需要推力軸承整個泵可以在不影響管道系統(tǒng)的情況下拆除高效率長的軸 直徑較大往往是昂貴的Pump16單吸水泵 下圖表示一臺單側(cè)吸入水泵，也叫垂直對開殼泵。這種泵也被歸于“組合泵”。電動機和泵是一個組合體。這構(gòu)成了一個緊湊

9、且不太昂貴的泵甚至在較大的容量下。它的電動機和泵軸是特殊設(shè)計的。 電動機和泵可改變?yōu)楦髯杂袉为毜臋C殼，通過一個軸連接，安裝在同一基礎(chǔ)上。這方便了標(biāo)準電動機的使用。在任何情況下，當(dāng)要打開單吸泵進行維修時，管道系統(tǒng)都必須與之切斷連接。盡管只有一個填料盒，但還是難以觸及。 流體進入葉輪入口時沒有阻抗，進口損失很小。這類泵通常與4極或2極60Hz的電機配對，轉(zhuǎn)速為1750或3500RPM。17單 吸 水 泵單吸水泵 一體式 維修困難 入口損失低 “組合泵設(shè)計”特殊馬達和泵分開的泵和馬達 在同一基礎(chǔ)上 標(biāo)準馬達水泵成本低在 1750 或3500 RPM運行使用普遍18水泵的密封 下圖表示了填料環(huán)和機械軸

10、封防制液體沿泵軸的滲漏。填料環(huán)要求沿著軸有持續(xù)的少量流體滲漏用以軸承的冷卻和潤滑。如果填料蓋壓得太緊，泵軸會留下劃痕且滲漏將不受控制。維修昂貴且麻煩。 如果一個帶有填料環(huán)的泵在低于大氣壓下抽吸，低壓誘導(dǎo)水進入填料中心附近的水封環(huán)將變成必須的。在這種情況下，水的滲漏流動既進入泵的抽吸，又沿著泵軸出來。假如被抽吸的水是干凈并且沒有泥沙的話，它能被用管道從泵輸送到填料環(huán)。否則，密封水必須來自一個外部加壓調(diào)節(jié)的水源。機械軸封可以防止所有的滲漏，除了可以忽略的蒸發(fā)量，所以泵的排水管不是必需的。無論如何，通過泵的流體一定要保持供給軸承。否則，泵將會過熱導(dǎo)致?lián)p壞。機械軸封在市場上很受歡迎。19水泵的密封 填

11、料環(huán)和機械密封 水的小滲漏 冷卻和潤滑軸承 來自泵本身的水 水泵必須抽送水 否則會使軸承過熱 最小滲漏 蒸發(fā) 水泵不需要排水20水泵的材料 通常的空氣調(diào)節(jié)規(guī)范要求鑄鐵泵殼和青銅葉輪。泵軸可以是不銹鋼或低碳鋼，青銅或陶瓷的軸套覆蓋所有的與水接觸的部分。 軸承幾乎都用滾珠軸承。 為了用于特殊的情況，泵可以用多種的特殊的材料。21水泵的材料 空調(diào)用 鑄鐵水泵外殼 青銅葉輪 不銹鋼軸 或低碳鋼軸 青銅或陶瓷軸套覆蓋水與軸接觸的區(qū)域 滾珠軸承 特殊用途 按需要選擇材料22水泵的性能曲線 泵性能的典型特性通過下面的圖表描述出來。揚程流量曲線是由制造廠商通過固定轉(zhuǎn)數(shù)、葉輪尺寸和外殼尺寸的標(biāo)準實驗得出的。 對

12、于離心泵，當(dāng)流速增大時，它的揚程逐步減小。23典型的水泵性能曲線 典型的水泵性能 揚程-流量曲線 “水泵性能曲線” 由廠商所做的標(biāo)準試驗確定24平坦型與陡降型水泵性能曲線 水泵的性能可以更進一步通過水泵的性能曲線的斜率表現(xiàn)出來。表示為平坦型或陡降型。平坦型曲線的水泵一般用在閉式系統(tǒng)中，且流量可能會變化較大。陡降型曲線的水泵一般用在開式系統(tǒng)中，如揚程高和流量相對穩(wěn)定的冷卻水系統(tǒng)中。25平坦型與陡降型水泵性能曲線由水泵曲線的斜率表現(xiàn)出來的特點平坦型或陡降型平坦曲線的水泵 當(dāng)流量改變的時候揚程輕微地變化 適用于預(yù)期流量不穩(wěn)定的閉式系統(tǒng)（冷凍水循環(huán)）陡降曲線的水泵 當(dāng)流量稍有改變的時候揚程變化較大 適

13、用于揚程變化較大時要求恒定流量的開式系統(tǒng)（冷卻水系統(tǒng)）26管路特性曲線（閉式系統(tǒng)） 對于一個給定的管道系統(tǒng)，阻力損失會隨著通過管道的流量的變化而改變。這個阻力特性畫在壓頭與流量圖上就被稱為“管路特性曲線”。它可以根據(jù)下面的方程繪出。Head2 = Head1 (Flow2 / Flow1 ) 2 因此，一旦某個管路系統(tǒng)的設(shè)計流量和阻力損失被定下來，這個管路系統(tǒng)的管路特性曲線就可以如下圖所示在泵的性能曲線圖上繪制出來。 管路特性曲線與泵性能曲線的交點定義為管路系統(tǒng)的“工作點”。27管路特性曲線（閉式系統(tǒng)）管路特性曲線表示在流量變化時候的管路阻力的變化 head2=head1 (Flow2/ fl

14、ow1)2 管路特性曲線與水泵性能曲線的交點確定系統(tǒng)的工作點28管路特性曲線（開式管路）對于一個給定的管道系統(tǒng)，阻力損失會隨著通過管道的流量的變化而改變。這個阻力特性畫在壓頭與流量圖上就被稱為“管路特性曲線”。它可以根據(jù)下面的方程繪制。Head2 = Head1 (Flow2 / Flow1 )2 因此，一旦某個管路系統(tǒng)的設(shè)計流量和阻力損失被定下來，這個管路系統(tǒng)的管路特性曲線就可以如下圖所示在泵的性能曲線圖上繪制出來。 當(dāng)管路“敞開”時的不同之處在于當(dāng)流量為零時泵的壓頭不為零這是由于開式管路的不平衡壓頭造成的。管路特性曲線從這個不平衡壓頭和零流量開始。換句話說，這個不平衡壓頭加到了每點計算出的

15、系統(tǒng)壓頭上。 管路特性曲線與泵的性能曲線的交點定義為管路系統(tǒng)的“工作點”。29管路特性曲線(開式系統(tǒng))管路特性曲線表示在流速變化時候的管路阻力的變化 head2 =head1 (Flow2 / flow1)2 開式系統(tǒng)的不平衡揚程（H）是附加的管路特性曲線與水泵性能曲線相交在開式系統(tǒng)更高的工作點30水泵的功率 有效功率：有效功率： 是產(chǎn)生水泵總壓頭所需要的功率 HP =（GPM8.33（lb/gal）Hd（ft）/ 33,000 = （GPMHd）/ 3960 軸功率：軸功率： 電機必需提供給泵運行的功率。 BHP = （有效功率）/（泵的全效率） 泵的效率是由制造廠商實驗確定的。31水泵的功

16、率有效功率：水泵需要能量以克服從排出口到吸入口的總阻力靜壓頭損失 摩擦損失 速度水頭 (通常被忽略) = (Gpm 8.33 lb/gal 總水頭)/33,000 = (Gpm 總水頭) / 3960軸功率： 馬達輸送功率流動功率/水泵效率效率由測試決定32水泵的規(guī)格 制造廠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。泵殼被做成各種尺寸，通常用它們排出接管的尺寸分類。吸入管總是比排出管大一號。為了提供不同的使壓頭和功率，不同直徑的葉輪被安裝在給定尺寸的機殼里。 泵的性能以泵的性能曲線表示出，它以加侖/分鐘為單位的流量對應(yīng)以英尺為單位的壓頭（在不同的葉輪直徑下）。此曲線是給定

17、轉(zhuǎn)數(shù)及電機的。軸功率和效率曲線也給出了。因此，對于一個給定的轉(zhuǎn)數(shù)，運行在一個要求的揚程下，任何人可以選擇泵的尺寸，葉輪的直徑，然后確定必需的軸功率。33水泵的規(guī)格系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品有相似的性能特性對于系列：對于系列： 殼體不同葉輪直徑變化 在固定的轉(zhuǎn)速下運行典型曲線典型曲線壓頭對轉(zhuǎn)速不同的直徑功率和效率曲線34水泵的選擇范圍從泵的曲線來看，最高效率區(qū)是泵的選擇的目標(biāo)（MET）。MET位于泵的運行壓頭范圍的中間。MET因此被認為是100 設(shè)計流量選擇點。根據(jù)MET要求，制造廠商推薦泵應(yīng)在不低于67 的MET和不高于115 的MET范圍內(nèi)運行。給出范圍是必要的，因為泵的套殼和葉輪尺寸在同一型號下不是

18、無窮的，設(shè)計者可能不得不選擇一個不是正好符合工作要求的流量和壓頭的泵。如果有人想知道在MET的哪一側(cè)來選擇泵，那應(yīng)該是在MET的左邊。管道系統(tǒng)的阻力計算是基于積累多年的管子的粗糙度，設(shè)計者傾向于保守的。實際安裝后，泵將遇到比設(shè)計要小的阻力，工作點將在它的性能曲線上向右移動，輸送比設(shè)計更多的流量。因此，選擇在MET的左邊可以緩解這種現(xiàn)象。35水泵的選擇范圍找到水泵的最高效率點（MEP）在水泵揚程的中點選擇設(shè)計流量在 MEP100處最小流量：67 MEP 選擇趨向此方向揚程通常過高在水泵啟動時會流量過大而非降低實際壓頭最大流量：115 MEP36相似定律水泵給予水速度，然后把速度轉(zhuǎn)換成壓力，它的運

19、轉(zhuǎn)根據(jù)一組“相似定律”。這些定律如下所示：1- 流量與轉(zhuǎn)速成正比。2- 流量與葉輪直徑成正比 。3- 壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比。4- 壓頭與葉輪直徑的平方成正比。5- 軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。6- 軸功率與葉輪直徑的立方成正比。這些定律在估計一個已知的泵在不同轉(zhuǎn)速或不同葉輪直徑下的性能時是非常有用的。如果相似律用于計算在一個管路系統(tǒng)中由于改變泵的速度或葉輪直徑導(dǎo)致的新情況，它先假定系統(tǒng)阻力特性曲線是已知的。系統(tǒng)阻力會以拋物線形式隨著流量平方的變化而變化。37相似定律 流量：Q2=Q1(N2/N1) Q2=Q1(D2/D1) 揚程：H2=H1(N2/N1)2 H2=H1(D2/D1)2 功率：B

20、2=B1(N2/N1)3B2=B1(D2/D1)3 式中： Q=以GPM為單位的流量 N=轉(zhuǎn)速RPMD=以英寸為單位的葉輪直徑H=以英尺為單位的揚程 B=軸功率 可用于當(dāng)改變水泵速度或葉輪直徑時預(yù)測水泵的新性能38水泵選擇過程下列對各步驟的歸納，有在這次培訓(xùn)中已經(jīng)學(xué)過的，也有一些新的。水泵的正確選擇步驟如下： 1- 確定被輸送液體是冷凍水還是熱水。 2- 根據(jù)設(shè)備選擇來確定每一負荷的流量。 3- 綜合所有負荷的流量以獲得泵的總流量。 4- 對泵的循環(huán)，確定最不利環(huán)路泵在輸送總流量時必須提供的揚程。 5- 根據(jù)總揚程和流量，根據(jù)制造廠商的泵性能曲線來選擇泵。 A）對于有控制閥的閉式系統(tǒng)選擇平坦型

21、曲線的泵，使負荷減少時使系統(tǒng)壓頭的變化最小。 B）對開式系統(tǒng)選擇一陡降型曲線的泵。這類系統(tǒng)往往除了管道損失還有一個額外的不平衡 壓頭需要克服。因此，陡降型曲線的泵可以在恒定流量下提供高揚程。 6- 繪制管路特性曲線以確定所選泵的最終工作點。 A)確定軸功率 B)校核：如果實際系統(tǒng)阻力比預(yù)計的小，實際軸功率是多少。 這會使電機超載嗎？ C)據(jù)此選擇電機39水泵選擇過程 確定水泵輸送的是冷水還是熱水 從設(shè)備選型中找到輸入GPMs 找出總的輸送 GPM 確定環(huán)路中的最不利環(huán)路 計算阻力 據(jù)廠商資料選擇水泵 平坦型曲線的水泵用于有控制閥的閉式系統(tǒng) 陡峭型曲線的水泵用于開式系統(tǒng) 確定最終工作點 檢查啟動

22、條件 根據(jù)情況選擇配套電機40選型實例 我們已經(jīng)根據(jù)各末端負荷確定了流量，計算了最不利環(huán)路的阻力，將通過已知流量和壓頭來學(xué)習(xí)泵的選擇過程。 如下葉所示的一個閉式管路系統(tǒng)，在300GPM通過管路系統(tǒng)時有35ft .wg的損失。 1）選擇一臺能勝任的泵（型號，葉 輪尺寸，轉(zhuǎn)數(shù)）。 2-）確定被選擇泵的工作點和葉輪。泵的選擇：泵的選擇：使用下一頁的泵性能曲線圖，我們選擇7 AR，1750 RPM的泵。*使用7英寸葉輪*3.5HP軸功率核對MET(67%到115 )*在35 ft MET = 350 GPM*在 300 GPM時的 %MET (300/350) = 86% (符合)剩下問題是最終工作點

23、在那里。我們需要的點在兩種葉輪尺寸之間。我們可以讓制造廠商來切削葉輪，或者我們可以讓葉輪保持7英寸，對照管路特性曲線來分析。417AR-1750 RPM的水泵42最終工作點7英寸葉輪的水泵性能曲線和管路特性曲線的相交點就是最終工作點。我們管路的阻力是35ft，流量是300 GPM。因此，我們能計算這一點兩邊的任兩點，連接它們，通過繪圖可以找到泵的最終工作點。在 250 GPM時, 壓頭 = 35（250/300）2 = 24.2在 350 GPM時, 壓頭 = 35（350/300）2 = 47.8我們現(xiàn)在畫出兩個新的點，連接它們及要求的工作點（即35ft和300GPM點）。最終工作點即泵的性

24、能曲線和管路性能曲線的交點，在37.5ft和315GPM處。要求的軸功率是3.8HP?，F(xiàn)在，讓我們看看當(dāng)實際阻力比我們預(yù)計的小時，泵在啟動時會發(fā)生什么。管路特性曲線會降低，平衡點會沿泵性能曲線向右移。沿著7英寸葉輪的性能曲線右一移，可以看到泵的最大功率會達到3.9HP。 所以，我們選擇一個4或5馬力的電機， 無論是自選還是標(biāo)準配置，電機永遠不會超載。43最終工作點管路特性曲線揚程 =35 ft 300 GPM 250 GPM ft =35(250/300)2 =24.2 350 GPM ft =35(350/300)2 =47.8繪制新的系統(tǒng)點并且連接最終工作點 315 GPM 37.5 ft 揚程3.8 BHP檢查過載最大BHP=3.9 ， 7”葉輪 挑選 4 或 5 BHP的馬達44控制閥的影響當(dāng)兩調(diào)節(jié)閥門開始節(jié)流，管道環(huán)路會發(fā)生什么變化