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关于热水采暖系统中循环水泵的选型设计


# 供热工程 #
文章编号 : 1004 -8774( 2006) 04-23 -04

关于热水采暖系统中循环水泵的选型设计

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关于热水采暖系统中循环水泵的选型设计
卜银坤 , 陈
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(1 . 北京合鼎动力

技术有限责任公司, 北京 100012 ; (2 . 北京中润环能科技有限公司, 北京 100101)

Design Specifications of Pumps forW ater C irculating in D istrict H otW ater H eating System
第一作者 : 卜银坤, 毕业于

BU Y in-kun , CH EN Chuang

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西安交通 大学 锅炉专 业 , 高级 工 程 师。 现 任 北 京 合鼎 动 力 技 术有 限 责 任 公司总工 , 主要 负责 水煤 浆工 业 锅 炉 的研 究 和 开 发。

(1 . Beijin g H eding Pow er T echnology Co . L td , Be ijing 100012 , China ; 2 . Beijin g Zhong run H uanneng T echno lo gy Co. L td , Be ijing 100101 , China)
摘 要 : 根据北京某别墅区 14. 5 万 m 2 的 二级供 热站的 采暖现状 和改造 实践 , 阐述 了

循环水泵正确设计和选型的重要 性。 关键词 : 热水采暖系统 ; 循环水泵 ; 设计和选型 中图分类号 : TU 832. 1+ 3 文献标识码 : B

1 前言
热水采暖比蒸汽采暖具有舒适、 安全、 费用低等 优点, 因此, 热水采暖成了当今采暖方式中的主流。 在热水锅炉、 循环水泵、 室外管网、 采暖用户构成的 热水采暖管网循环回路中 , 循环水泵是推动热水循 环的驱动装置。对它的正确设计和选型 , 不仅会关 系到锅炉的安全运行和供热成本的高低 , 而且还会 影响到能否使系统均匀供热的问题。实践证明 , 在 具有一次和二次循环的高温热水锅炉系统中 , 循环 水泵的选型设计是非常重要的。笔者根据北京某别 墅区 14 . 5 万 m 的二级供热站的采暖现状和改造实 践 , 阐述了循环水泵正确设计和选型的重要性。
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点, 只有在满足系统循环流量的情况下, 准确地说 , 只有在满足系统供热要求的情况下 , 水泵的工作效 率处于较高的水平 , 水泵的设计选型才算是合理的。 在图 1 中 : 为了避免由于循环系统的水力失调而影 响供热的可调性, 我们希望拟定的水泵的运行工作 点 A 能够位于水泵最佳工作点 A c 的左边 B 点 ; 另 外, 由于理论和实际的差距以及真实系统的复杂性, 真正的水循环流量阻力特性曲线 G X - H X 和图 1 中 的可能会有一定的差距 , 从而使运行的工作点 A左

2 循环水泵的工作特性和循环系统的流量 阻力特性
任何成熟的水泵产品 , 均有通过实验而获得的 性能曲线: 流量扬程 G - H 特性曲线; 流量效率 G G 特性曲线; 流量功率 G - N 特性曲线。而任何一 个经过调整的循环系统 , 都具有可行的水循环流量 阻力特性曲线 G X - H X, 它和同比例的水泵特性曲线 的交点 , 则是水泵运行的工作点。水泵的运行工作
图 1 水泵和循环系统的特性曲线 1水泵 G - H 特性曲线 2水泵 G - G 特性曲线 3 循环系统 G x - H x 流阻特性曲线 1 4 循环系统 G x - H x 流阻特性曲线 2

收稿日期 : 2006 -04-12

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锅 炉

2006 年第 4期 ( 总第 98期 )

右偏移。为了保持较稳定的水泵压头, 以便获得较 好的采暖效果, 应当选用 G - H 特性曲线较平坦的 水泵, 单台 运行的 水 泵, 拟采 用 BA 型、S H 型、SA 型
[ 1]

曲线 G X - H X 较陡的循环系统 2 来说 , 会更加严重 ; 由绘图表明, 对于流量阻力特性曲线 G X - H X 较陡 的循环系统 2 来说, 增加并联水泵的台数, 总流量增 加得十分有限 , 然而系统运行的效率却明显降低 , 功 率自然会增加很多。 3 . 2 不同水泵的并联运行 两台不同型 号的水泵并联 工作于一个循 环系 统, 用于分析并联泵组工作特性的曲线图, 其绘图的 方法和前述类同。在图 3 中, 过 2 泵零流量的工作 点的水平线 , 与 1 泵的流量扬程 G - H 特性曲线相 # # 交于 B 点, 特性曲线不同的 1 和 2 水泵并联后 , 其 合成的流量扬程特性曲 线 G h - H h, 只 能从 B 点开 始。从图 3 可以清楚地看出: 只有在 1 泵的压头随 着流量的增加而减少到相应于图中 B 点的数值时 , 2 泵才能有效地协同 1 泵开始并联运行 , 在此之前, 2 泵只能是空转而做无用功; 如果循环系统的阻力 较大 , 其 G X - H X 流量阻力特性曲线与泵组合成特 性曲线 G h - H h 的交点比 B 点高 , 则 2 水泵将永远 不能向系统供水, 一直会处于空转而做无用功的状 态。这是因为 1 水泵运行时所产生的压头比 2 泵 零流量时的压头还高的缘故; 和相同水泵并联运行 的情况类似, 总流量 Q h 是单机流量 Q 1 和 Q 2 的和 , 总压头 H h 和各单机的即时压头 H 相等 , 并联运行 的单机流量 Q 1 和 Q 2 分别小于它们各自单独运行 于同一系 统的流 量 Q 1 c 和 Q2 c , 不过 这里 Q 1 c< < Q2 c 。 由此可见 , 并联运行的循环水泵, 其特性曲线应 该相同, 否则, 运行是很不经济的。
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3 关于水泵的并联运行
在生产实践中, 水泵的并联运行是常有的事, 了 解它的机理 , 对于合理运用是十分必要的。 3 . 1 相同水泵的并联运行 特性曲线完全相同的水泵并联工作于一个循环 系统, 它们合成的流量扬程 G h - H h 特性曲线 , 应该 称其为泵组运行特性曲线 , 是由单机特性曲线叠加 而成的。即在同一合成的压头 H h ( 纵坐标 )下 , 把各 单机的流量相加 , 作为合成的流量 Q h (横坐标 ) 。图 2 是两台特性曲线完全相同的水泵, 并联后分别工 作于两个不同的循环系统 , 序 3 循环系统 1 的流量 阻力特性曲线 G X - H X, 相对于序 4 循环系统 2 的要 平坦一些。在图 2 中 : 根据叠加绘图的原理, 过 G h - H h 特性曲线上的任意一点 c 的水平线 , 与单机 G - H 特性曲线的交点为 b , 与纵坐标轴 H 的交点为 a , 则图中的线段长度 2ab= ac ; 泵组合成特性曲线 G h - H h 和循环系统 G X - H X 流量阻力特性曲线 1的 交点 A 是泵组在循环系统 1 中的工作点, 显然交点 B 是泵组在循环系统 2 中的工作点。

图 2 相同水泵并联工作特性图 1水泵 G - H 特性曲线 2水泵 G - G 特性曲线 3循环系统 G x - H x 流阻特性曲线 1 4循环系统 G x - H x 流阻特性曲线 2 5 两台相同水泵 合成的 G h - H h 特性曲线

由图 2 可知: 对于循环系统 1 来说 , 泵组工作在 A 点, 总流量为 Q h, 是单机流量 Q 1 的两倍 , 总压头 H h 和单机的压 头相等 ; 并联运行 水泵的 单机流量 Q 1 要比单机运行于同一系统的流量 Q 2 小得多, 而 且 , 并联和单机运行的水泵效率和功率, 都会相差许 多 , 这种现象 , 理论和实践表明, 对于流量阻力特性
图 3 不同水泵并联工作特性图 1-1# 水泵 G - H 特性曲线 2-2# 水泵 G - H 特性曲线 3循环系统 G x - H x 流 阻特性曲线 4两台不同水泵合成的 G h - H h 特性曲线

# 供热工程 # 3 . 3 关于水泵的变速运行

关于热水采暖系统中循环水泵的选型设计
[ 5]

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- 1997 《 热水锅炉水动力计算方 法》 或 其它有效 的水阻力计算方法 , 对系统进行水动力计算 , 在理论 计算的基础上 , 考虑一个大于 1 的经验系数, 绘出循 环系统的流量阻力特性曲线 G X - H X, 并且在该曲线 上, 参照图 1 , 找到系统额定工况下的工作点 A , 最 后在循环泵的产品样本里, 在相同比例的特性曲线 图中 , 找一个最佳工作点比系统额定工作点 A 略偏 右的循环泵。对于确认因为循环泵选型不当而使系 统运行不良的热水循环系统, 除了上述的理论计算 方法之外 , 往日的运行数据更是新循环水泵选型的 重要依据。

在大力节能环保的形势下 , 对大功率水泵 , 有些 单位配置变频器 , 使用同一台水泵 , 根据不同需要 , 使水泵在不同的流量和扬程状态下运行, 据称 , 不仅 使水泵能够人性化地满足运行需要, 而且 , 在同等情 况下, 能够大量地节约电能。笔者认为, 对大功率的 变频水泵, 虽然使用同一台水泵 , 能够人性化地满足 不同流量和扬程状态下的运行需要, 但是能否高效 节电运行却不一定。根据 有关资料
[2 , 3]

: 同一种结

构的水泵, 不同的转速 , 将有不同的流量、 扬程、 功率 和效率 , 而且 , 流量与转速比的一次方成正比 , 扬程 与转速比的二次方成正比 , 效率也是各不相同的; 对 于水泵的效率, 理论和实践表明 , 任意一种结构的水 泵 , 不同的转速将具有不同的运行效率, 且在某一转 速 n0 时为最大 ( 最佳效率 ), 在转 速 n 大于或小于 n0 时 , 效率都会明显降低 , 而且, 转速 n 与 n0 的差距 愈大, 效率降低的数量也愈多。因此 , 水泵的变频变 速运行 措 施 , 并 非 一 定 能 够 收 到 满 意 的 节 电 效 果
[ 4]

5 循环水泵运行工况分析和系统改造实例
北京某 14 . 5 万 m 别墅区的冬季采暖, 由区内 距离锅炉房约 5km 的二级供热站供热。该供热站 采用并联的 8 台板式水 - 水换热器 ( 设计为 1 台备 用 )和并联的 5 台循环水泵 ( 设计为 1 台备用 ) 进行 供热采暖 , 虽然基本达到了采暖效果, 但付出的运行 电费实在太高昂。 2004 年 12月 30 日晚 10 时的运行记录数据为 : 水泵进口压力为 0 . 2 M Pa, 出口压力为 0 . 55 M Pa; 换 热器的进口温度为 58e , 出水温度为 68e ; 室外温 度为零下 8e , 室内温度为 22e 。根据即时运行记 录数据和水泵的型号, 倒推计算的结果大约是: 当时 3 4台并联运 行的 水泵 , 总流 量约 为 Q Z = 1000m / h ( 单机水泵的流量仅为 Q = 250 m / h) , 循环系统的 总阻力为 H Z = 0 . 355 M Pa , 水泵的运行效率为 G = 51 . 5 % , 总运行功率为 N Z = 43 . 46 @ 4= 173 . 84k W; 换热器的进出口温度差为 10e , 平均每 m 建筑面
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4 关于热水采暖系统中循环水泵的选型设计
在热水采暖系统中 , 介质在系统中属于首尾相 接的封闭循环, 所以系统的静压力对介质的循环没 有影响 , 所配置的循环水泵 , 其扬程全部用于克服系 统中锅炉 ( 或热交换器 ) 、 管道及其附件、 散热器等 元件的水力阻力。 根据以上分析: 热水循环系统中的循环水泵, 不 宜并联台数过多 , 对于阻力较大、 流量阻力特性曲线 较陡的循环系统 , 应当拒绝水泵并联运行, 总之 , 热 水循环系统中的循环水泵 , 从节能和有效控制的方 面来说 , 最好是一台使用一 台备用; 不 同型号的水 泵 , 在任何情况下都不应当并联运行。因此, 对于新 建供热循环系统 , 要正确选用循环水泵, 首先要对系 统按比例绘出热水循环流程图, 然后参照 JB /T8659

积供热功率为 80W。 为了进一步分析系统运行的任一工况, 以便找 出有效的节电措施 , 将本系统的运行特性绘制成图, 如图 4 所示。由图 4 可知 , 由于板式水 - 水换热器 及循环系统的阻力较大, 系统的流量阻力特性曲线

图 4 北京某 14. 5 万 m 2 别墅区采暖循环泵 单机、 双机、 三机、 四机并联运行后的特性曲线

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G X - H X 偏陡, 3 台和 4 台水泵的并联运行 , 并没有 比 2 台水泵并联的总流量增加太多, 这是泵组效率 低、 耗电多的根本原因。根据以上的理论分析 , 在该 系统基本不变的情况下, 采用 300RK1000- 32 型号 的循环泵两台, 一用一备, 会使系统运行电耗大大降 低。实践充分证明了上述理论分析的正确性。 图 5 是 系 统 作 适 当 调 整 后, 采 用 单 台 300RK1000- 32 循环泵的冷态运行特性图。由图 5 可知, 单台 300RK1000- 32 型号的 循环泵, 即能满 足原系统的采暖效果 , 此时水泵的运行参数为 : 流量 3 Q = 1000m / h; 扬程 H = 32m; 效率 G = 89% ; 功率

N = 97 . 9k W 。比原来 4 台 250RK630- 32A 水泵并 联运行节省了 75. 94k W , 节电 43 . 68 % 。

6 结束语
热水采暖方式虽然得到广泛应用多年, 可是循 环水泵的选型设计 , 由于存在互相参照、 简单估算的 现象较为严重 , 致使上述不良运行状况的事实还时 有发生, 造成不应有的电能浪费。循环水泵的选型 应依系统而变 , 而依据水动力计算确定水泵型号参 数的理论是永远不变的 ; 相同采暖面积的系统, 或相 同热功率的锅炉供热系统, 其循环水泵的型号参数 却不一定是相同的 , 有时会相差许多。 另外 , 根据笔者多年的经验, 借助自动化控制技 术, 提高系统供、 回水的温差, 采用欧美国家的高温 热水的混水供热方式, 不但会使系统运行的电耗大 大降低, 而且容易获得满意的采暖效果。 参考文献
[ 1] 郭云飞 . 热水 锅炉 [M ]. 黑龙 江 : 黑龙 江科 学技术 出版 社 , 1983 . [ 2] 刘秀五 , 等 . 工程流体力学、 泵与风机 ( 高等学校 教学用 书 ) [ M ]. 北京 : 中国工业出版社 , 1983 . [ 3] 〔 美〕 W. F. 休 斯 J . A. 布赖顿 著 , 徐燕侯等译 . 流体动力 学 [M ] . 北京 : 科学出版社 , 2002 .

图 5 单机 300RK 1000- 32 循环泵的运行工况 1水泵 G - H 特性曲线 2水泵 G - G 特性曲线 3循环系统 G x - H x 流阻特性曲线 4水泵 G - N 特性曲线

[ 4] 张贵元 , 等 . 实用 节电 技术 与方 法 [M ]. 黑 龙江 : 黑 龙江 科学技术出版社 , 1983 . [ 5] JB /T 8659- 1997 热水锅炉水 动力计算方法 [ S].

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