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总工在线 教你认识采暖系统中水泵的选型、故障判断及维修

热泵市场2022-06-18 10:27:33

《热泵市场》杂志  

文_海立睿能/唐智钧

 

水泵是空气能采暖系统中重要组成部分,本期总工在线从两部分全面阐述水泵,第一部分是从水泵原理、分类、作用、选型、常见问题等基础知识,第二部分是总工解疑,一对一回复经销商工程中遇到的实际水泵问题。

 

地暖空调系统,一般说的是水系统居多,咱们今天要谈的是,就是以水为介质,以水为载热(冷)剂的地暖空调系统其中的水泵。

 

地暖空调系统,由主机、管道、末端、控制四大件组成,其有两个心脏,其一为主机中的压缩机,其二为管道中的水泵。压缩机,主机系统自带;水泵,需要工程安装时进行选配和调试。一个好的水泵直接决定地暖空调系统的效果、可靠性、节能性、噪声等方面。以下主要从水泵原理、分类、作用,水泵的选型,水泵的安装,水泵在使用中常出现问题等几方面进行阐述。

 

一、选择平坦性能曲线的离心泵

 

水泵根据不同的工作原理可分为容积泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量;叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量,有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。地暖空调的泵都是叶片泵中的离心泵。


管道泵结构图

 

离心泵的工作原理:离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下,将水提向高处的,故称离心泵。离心泵按结构区分为:管道泵(作为管路一部分,安装时无需改变管路);屏蔽泵(叶轮与电动机转子联为一体,并在同一个密封壳体内,不需采用密封结构,属于无泄漏泵);潜水泵;磁力泵;自吸式泵等形式。地暖空调系统用的最多的就是屏蔽泵和管道泵,屏蔽泵一般用在家用小户型采暖和空调上,管道泵一般用在集中供暖或大户型采暖空调上。


屏蔽泵结构图

 

水泵的主要性能参数(流量Q、扬程H、转速n、功率P、效率η等)之间有一定的内在的关系,通常是用曲线的方法给出,这就是泵的性能曲线。实质上,泵的性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式。泵的性能曲线主要有流量-扬程曲线(Q-H),流量-功率曲线(Q-P),流量-效率曲线(Q-η),如下图所示:


 

在性能曲线上,对于一个任意的流量点,都可以找出一组与其相对应的扬程、功率和效率值。通常,把一组相对应的参数称为工况点称为最佳工况点。

 

泵在最高效率点运行是最理想的,但用户的要求是千差万别的,不一定和最高效率点下的性能相一致。为此,规定了一个范围(效率下降5%~8%为界),泵在此范围内运行,效率下降不算太大,这个范围就是泵的工作范围(也称高效范围)。超出此范围时,效率低,不经济。

 

常见的性能曲线有三种:

 

1.平坦的性能曲线:这种性能曲线适用于流量调节范围较大,而压力变化较小的系统,也就是对扬程要求变化较小、流量变化要求相对较低的系统中。

 

2.陡降的性能曲线:这种性能曲线适用于对流量的要求较高而压力的要求不高的系统中,一般像螺杆泵等都具有这种特性。

 

3.有驼峰的性能曲线:有驼峰的性能曲线的泵在运行中可能会出现不稳定工况,泵出现噪音、震动等,一般是不允许出现的。

 

地暖空调系统的循环泵一般选择具有平坦的性能曲线的离心泵。

 

二、地暖系统水泵选型技巧

 

地暖空调系统的水泵选型有三个方面:第一,确定水泵的使用环境温度和水介质的最高温度;第二,确定系统的最大流量和系统的最大扬程;第三,确定地暖空调系统的管道特性曲线图。

 

1.水泵流量


一般按冷负荷进行流量计算,再使用热负荷进行校核,如果校核偏小,就需要根据热负荷进行重新计算,取两者大的值。

 

循环水流量通过下面公式计算:G=[Q/c(tg-th)]×3600

 

式中:G-计算水流量,kg/h;Q-用户设计热负荷,W;c-水的比热,c=4187J/kg.℃;tg、th-设计供、回水温度,℃;

 

2.水泵扬程


通过下面公式计算:Hmax=△P1+△P2+0.05L (1+K)

 

式中:Hmax-最大总扬程,m;△P1-为热泵主机水侧的水压降,m;△P2-为该环中并联的各占末端装置的水压损失最大的一台的水压降,m;L-为该最不利环路的管长,m;K-为最不利环路中局部阻力当量长度总和和与直管总长的比值,当最不利环路较长时K值取0.2~0.3,最不利环路较短时K值取0.4~0.6;0.05L,每米管道按0.05米阻力计算。

 

3.地暖空调系统的管道特性曲线图的绘制,在供、回水端安装压力表,在管道上安装一个流量计。然后开启水泵,对水泵出口的阀门进行控制,分别记录:最小流量、一般流量、最大流量的供、回水压力和流量。再根据下列公式进行计算扬程和管路阻抗。

 

计算管路扬程H

 

H=h1-2=ΔP/ρg=(P1-P2)/ρg

 

计算管路阻抗SK

 

SK=H/Q2

 

通过上面公式计算,得出最少三组的Q、H、SK的数据,并画出平滑的Q-H曲线图。

 

通过上面1、2、3步算出系统的最大流量、最大扬程和管道特性曲线图后,就根据水泵的曲线图和管道特性曲线图就可以选择最适合的水泵了。


离心泵的工况点

 

上图中R是管道特性曲线,H是水泵性能曲线,P是水泵输入功率曲线,η是水泵的效率曲线图,A点就是该系统最佳的运行点,qva就是该水泵的额定流量。

 

三、采暖系统中水泵常见问题

 

水泵选型好了,就是安装位置的选择,在环境许可的条件下,水泵应尽量安装在回水管上。

 

水泵在系统运行中常出现的问题主要有以下几种现象:

 

故障

原因及解决

无法启动

首先应检查电源供电情况、接头连接是否牢靠、开关接触是否紧密、保险丝是否熔断、三相供电的是否缺相等;

水泵发热

原因是轴承损坏;

吸不上水

原因是泵体内有空气或进水管积气;

剧烈震动

主要有几个原因,电动转子不平衡;联轴器结合不良、轴承磨损弯曲、转动部分的零件松动和破裂、管路支架不牢等原因;

电动机过热

水泵运行的点不是最佳,偏移最佳点太多;

汽蚀现象

指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处的)的压力而部分汽化,引起泵产生噪音和震动,严重时,泵的流量、压头及效率的显著下降。显然,汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确,尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时,更要注意。

 

总之,水泵的选型是决定一个系统的可靠、节能的关键点,需要仔细计算和选择。

 

四、总工释疑水泵难题

 

1.两联供主机用一个缓冲水箱,循环是用一台水泵还是两台水泵?

 

答:需要根据缓冲水箱的安装方式来看,如果是串联安装,循环是用一台水泵;如果是并联安装,循环水泵需要两台水泵。

 

2.两台热泵,共用一个水泵,任何一台机组供电,水泵都能启动,这个接线方法是怎么样的?

 

答:最安全的安装方式是两台热泵做成模块机组,水泵安装在主模块上,如果没有模块模式,水泵控制线分别接到两台主机的水泵接线端子上,就需要注意,L、N线不能接反,防止发生触电等现象。

 

3.水箱在5楼楼顶,开式水箱,供4楼200平地暖,请问水泵怎么配?

 

答:水泵采用供水方式安装,需要计算楼层高度的杨程和最不利管路的阻力。

 

4.空气能地暖,2层楼共230平米,开式水箱,请问怎么选择地暖循环水泵?

 

答:根据负荷选择水泵流量,扬程计算时需要加上楼层与水箱最大落差的高度。

 

5.如果加缓冲水箱的话,地暖的循环水泵该用什么类型的,该怎么控制泵的启停,还是一直循环,直到地暖停用?

 

答:加缓冲水箱与选择水泵的类型没有必然的联系,地暖的循环水泵的选择只跟流量、扬程、管道特性有关。地暖循环水泵的控制可以通过房间温控器来控制。

 

6.十三层楼水箱水泵放置楼顶,垂直向下40米,带回水,回水为定时回水,需要选择多大扬程的水泵?先不考虑流量问题,单说扬程。

 

答:3、4米扬程就行,计算水箱回水位置和供水位置的高度差,加上部分水管的沿程阻力。

 

7.用户端13个末端,最远的风盘高度10米,水平距离到机组大概7米,厂家设备资料是流量是5.8,选多大的水泵?

 

答:水泵扬程的计算,首先要找到最不利环路,并计算其阻力,最远的风盘不一定是最不利环路,按照最大阻力和最大流量来选择水泵,最好画出管道的特性曲线图,会更有利于找到最适合的水泵。

 

8.闭式系统风机盘管4个,主管约60米长,主要为了采暖,屋子都比较小,4个风机总制热量3kw,应该选用什么泵,选多大的水泵?沿程阻力要算吗?

 

答:沿程阻力依然要算。根据制热量算流量Q=0.5m3/h,查下主机和风盘的局部阻力,风盘是并联还是串联,是同程还是异程,根据最不利环路原则计算系统的最大阻力,就可选择水泵了。

 

9.我有套系统用的三个130模块机,每套是独立的,水泵水温传感器也是独立的,每套模块机的出水上都做一个止回阀,下面的末端四分之一装有电动阀,这样做的目的就是减少水泵的能耗,不知这样做行不行啊?

 

答:可以,最好根据总供水管和回水管的大小计算,防止出现水力不平衡的现象。

 

版权:本文原载于《热泵市场》杂志2017年2月刊。感谢海立睿能总工唐智均接受访谈,并做专业解释。欢迎索阅杂志,首期免费快递直投上门。请留言你的“杂志+姓名+手机+公司+地址”即可。






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