朱鳳英 哈密物業(yè)管理公司供熱中心

相似定律在水泵葉輪外徑增大中的應(yīng)用

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利用相似定律對(duì)增大水泵葉輪外徑進(jìn)行了理論計(jì)算及效果分析。

相似定律；葉輪外徑；增大

一、基本情況

利用超聲波流量計(jì)對(duì)2#換熱站并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)熱水采暖循環(huán)泵測(cè)得總流量為425 m3/h，其運(yùn)行狀況為水泵出口壓力0.6MPa，回水壓力0.32MPa，電機(jī)電流52A、53A, 站外管網(wǎng)系統(tǒng)阻力為一定，板式換熱器運(yùn)行2臺(tái)。而2#換熱站所供區(qū)域面積為125700.47 m2，外網(wǎng)所需供熱循環(huán)量Q需按4.4L/m2計(jì)算為553m3/h。顯然水泵運(yùn)行不能滿足系統(tǒng)所需，需對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。

1.1 系統(tǒng)設(shè)備狀況

其運(yùn)行狀況如何，需與并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)熱水采暖循環(huán)泵的額定狀況進(jìn)行比較，2#換熱站二次熱網(wǎng)熱水供暖系統(tǒng)的設(shè)備配置及其工藝流程簡(jiǎn)圖如下：

①、配置三臺(tái)CFWR200—400/C型泵 實(shí)際使用兩臺(tái)泵

單泵銘牌參數(shù)：流量 320 m3/h實(shí)際總流量：425 m3/h

揚(yáng)程 32m 揚(yáng)程：28m

功率 45KW 電機(jī)電流：52A、53A

電機(jī)額定電流 84.2A

②、五臺(tái)R06A型板式換熱器

1.2、對(duì)比與分析

由泵的并聯(lián)工作性能曲線圖（如下）可知，理論上泵在并聯(lián)工作時(shí)的工作點(diǎn)應(yīng)在M點(diǎn)，揚(yáng)程應(yīng)大于32m，實(shí)際只有28m。而按泵實(shí)際的揚(yáng)程28m，泵的工況點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)，但是由于站外管網(wǎng)系統(tǒng)阻力為一定，其管路特性曲線不變，因此泵在管路系統(tǒng)工作點(diǎn)在P點(diǎn)，即為泵的實(shí)際工作點(diǎn)。由于實(shí)際流量、揚(yáng)程均偏小，另外葉輪出口直徑的大小對(duì)泵的性能曲線有平移作用，因此可確定泵的實(shí)際性能曲線為低于并平行于理論性能曲線的一條曲線，即水泵的并聯(lián)運(yùn)行并未達(dá)到最佳工況，根據(jù)泵的運(yùn)行參數(shù)及性能曲線可知，泵的負(fù)荷偏低，流量偏小。

二、理論依據(jù)

當(dāng)兩臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，并輸送相同的液體（即轉(zhuǎn)速的比值np/nm=1，重度比值γp/γm=1），只改變?nèi)~輪幾何尺寸前后泵的Q（流量）、H（揚(yáng)程）、N（功率）符合以下公式

其中：下標(biāo)p為葉輪尺寸改變前，下標(biāo)m為葉輪尺寸改變后，D2為葉輪外徑尺寸。

由式⑴、⑵可看出，增大葉輪直徑，可提高泵的流量和揚(yáng)程，從而改變泵的性能曲線，即改變泵的工作點(diǎn)。為此，可采用增大葉輪外徑的方法，提高泵的效率。

三、葉輪外徑增大尺寸的確定

由于2#換熱站所供區(qū)域面積為125700.47 m2，外網(wǎng)所需供熱循環(huán)量Q需按4.4L/m2計(jì)算為553m3/h。按現(xiàn)有水泵性能參數(shù)來(lái)看供暖運(yùn)行中只能按兩臺(tái)泵長(zhǎng)期并聯(lián)工作進(jìn)行考慮，由泵并聯(lián)工作時(shí)的特點(diǎn)可知，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)按并聯(lián)時(shí)各臺(tái)泵的最大輸出流量來(lái)決定， 即按并聯(lián)時(shí)各臺(tái)泵的最大輸出流量來(lái)決定電機(jī)的功率，也就是說(shuō)每臺(tái)泵的流量按QB=1/2×QM（QB：并聯(lián)后每臺(tái)泵工作的流量；QM：兩臺(tái)泵并聯(lián)后的總流量）來(lái)選擇，而不以Qc（每臺(tái)泵單獨(dú)工作時(shí)的流量）來(lái)選擇。否則，并聯(lián)工作時(shí)不能在最高效率點(diǎn)運(yùn)行。

因此，葉輪外徑增大尺寸的計(jì)算中，Qp 就是按QB計(jì)算來(lái)的。葉輪外徑尺寸的增大量以泵葉輪增大后功率不超為限。

在供熱初期、嚴(yán)寒期、末期中為保證二次熱網(wǎng)合適的出水溫度，站內(nèi)就得調(diào)節(jié)板式換熱器的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，這會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)阻力發(fā)生改變，管路系統(tǒng)所需克服的阻力降低，促使泵的流量增加，電機(jī)功率增大。

為解決以上問(wèn)題先以運(yùn)行2臺(tái)板式換熱器時(shí)的運(yùn)行參數(shù)作為計(jì)算依據(jù)，再以運(yùn)行5臺(tái)板式換熱器時(shí)運(yùn)行參數(shù)作為確定所選葉輪外徑增大尺寸是否合適的判據(jù)。計(jì)算過(guò)程如下：

①、運(yùn)行2臺(tái)板式換熱器時(shí)其工況為：

Hp=28m，Np=26.25KW，QB=212. 5 m3/h=Qp，葉輪外徑D2p=328.5mm若以泵葉輪增大后功率不超，先設(shè)Nm=39KW進(jìn)行試計(jì)算：

則由

Np/Nm=（D2p/D2m）5計(jì)算26.25/ 39=（328.5/ D2m）5得D2m=355.57mm。

Qp/Qm=（D2p/D2m）3計(jì)算212.5/ Qm=（328.5/355.57）3得Qm=269.48m3/ h

Hp/Hm=（D2p/D2m）2計(jì)算28/ Hm=（328.5/355.57）2得Hm=32.8m。

②、在板換器運(yùn)行5臺(tái)時(shí)其工況為：Hp=23m，Np=30KW。

按D2m=355.57mm校核如下：

Np/Nm=（D2p/D2m）5計(jì)算30/ Nm=（328.5/355.57）5得Nm=44.57KW

相應(yīng)23/ Hm=（328.5/355.57）2計(jì)算得Hm=26.9m。

由以上計(jì)算可見在二次網(wǎng)供熱系統(tǒng)處于全部投運(yùn)狀態(tài)下，D2m取355.57mm后，Nm=44.57KW，沒(méi)有超過(guò)水泵額定功率45KW，而揚(yáng)程Hm也比原先增大了，因此在葉輪增大后，功率不超的情況下，由Qp/Qm=（D2p/D2m）3分析可知其流量一定會(huì)隨葉輪幾何尺寸改變比的三次方增加，即能夠達(dá)到預(yù)期的目的。

最后考慮實(shí)際尺寸測(cè)量、計(jì)算中的誤差，為保證電機(jī)運(yùn)行處在良好狀態(tài)，確定葉輪增大尺寸為D2m=350mm。

四、投運(yùn)效果

對(duì)兩臺(tái)水泵葉輪進(jìn)行更換，并投入使用，其運(yùn)行情況如下：

在運(yùn)行三臺(tái)板換器時(shí)，2臺(tái)水泵出口壓力達(dá)0.69MPa，回水壓力0.32MPa，水泵電流78A、72A，測(cè)得流量660 m3/ h。

在運(yùn)行五臺(tái)板換器時(shí)，2臺(tái)水泵出口壓力達(dá)0.62MPa，回水壓力0.32MPa，水泵電流78A、75A。

可見，葉輪外徑尺寸的增大量是完全合適的，滿足供熱系統(tǒng)所需的熱循環(huán)量。

另外，由于2#站所供區(qū)域面積增加到137071.5 m2，使外網(wǎng)所需的供熱循環(huán)量Q需增大到603 m3/h，通過(guò)對(duì)葉輪的更換既保證了供熱所需，又節(jié)省了原水泵不能滿足供熱所需而需要增加的資金投入。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.014