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供暖系统中循环水泵及补给水泵的选型要求

2021-05-28

导读

无论对于独立单元或是区域的供暖系统,循环水泵都是输送管网热量的关键设备之一。供暖系统中循环水泵选型是否合理,对整个供暖系

无论对于独立单元或是区域的供暖系统,循环水泵都是输送管网热量的关键设备之一。供暖系统中循环水泵选型是否合理,对整个供暖系统的经济合理运行起着重要作用。选择循环水泵时应着重考虑以下几个方面的因素:  


1、水泵选型原则

1)供暖系统所选循环水泵的型式(管道泵、立式泵、卧式泵、离心泵)和性能应满足水泵流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量、吸程等参数的要求。


2)必须满足介质特性的要求:


▶ ①对输送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵,要求轴封可靠或采用无泄漏泵,如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵。


▶ ②对于散热器供暖系统循环水泵应选热水泵,对输送腐蚀性介质的泵,要求对流部件采用耐腐蚀性材料,如不锈钢耐腐蚀泵、工程塑料磁力驱动泵等。


▶ ③对输送含固体颗粒介质的泵,要求对流部件采用耐磨材料,必要时轴封采用清洁液体冲洗。


3)机械方面可靠性高、噪声低、振动小。


4)经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。


5)离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。

2、循环水泵工作原理


循环水泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的进水口前面,起到把液体引向叶轮的作用;压水室主要有蜗壳式、导叶和空间导叶三种形式;叶轮是泵最重要的工作元件,是过流部件的心脏,叶轮由盖板和中间的叶片组成。


循环水泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于循环水泵的作用,液体从叶轮进口流向出口的过程中,其速度能和压力能都得到增加,被叶轮排出的液体经过压出室,大部分速度能转换成压力能,然后沿排出管路输送出去。这时,叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压,吸水池中的液体在液面压力的作用下,被压入叶轮的进口,于是,旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。

3、循环水泵的流量


在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组,可根据产品样本提供的数值×1.1~1.2倍的系数选用。


如考虑了同时使用率,建议用如下公式进行计算(Q为没有考虑同时使用率情况下的总负荷):


G=Q×0.86/ΔT


式中:

G—循环水流量m³/h;

Q—总负荷kW;

ΔT—进回水温差℃(散热器系统取20℃~25℃,地暖系统取10℃,空气源热泵系统取5℃);

水泵的流量=(1.1~1.2)×系统循环水量。


图片

4、循环水泵的扬程


因其承担的供/回水管网最不利环路的总水压降,最不利环路阻力计算经验公式如下:


Hmax=ΔP1+ΔP2+0.05L(1+K)


式中:

ΔP1—热源装置内部的水压降;

ΔP2—最不利环路的水压降,并联各末端装置的水压损失最大一台(或部分)连接管路;

0.05L—沿程损失取每100m管长约5mH2O(估算);

K—最不利环路中局部阻力当量长度总和与直管总长的比值;当最不利环路较长时K取0.2~0.3;最不利环路较短时K取0.4~0.6。


水泵扬程(mH2O)=(1.1~1.2)×Hmax


泵选型依据,应根据工艺流程、供暖系统的要求,从五个方面加以考虑,即液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。


1)流量是选泵的重要性能数据之一,其直接关系到整个装置的生产能力和输送能力。如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时以最大流量为依据,兼顾正常流量,无最大流量时,通常可取正常流量的1.1~1.2倍作为最大流量。


2)装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据,一般要用放大10%~12%余量后的扬程来选型。


3)液体性质,包括液体介质名称,物理性质,化学性质和其他性质,物理性质有温度c、密度d、粘度u等,这涉及到系统的扬程,有效气蚀流量计算和合适泵类型的重要依据。


如空气源热泵供暖水系统为防止冬季室外机水管冻裂的危险而加入的防冻液,防冻液起源用于汽车没有启动时防止结冰冻裂,因为防冻液是在缸体里的,液体变成固体时体积会膨胀,所以会冻裂缸体。


因此,将防冻液用于空气源热泵供暖水系统中一定要考虑水的比重及粘性,否则,将会造成不必要的损失。

5、循环水泵台数的确定和型号选择


循环水泵台数和型号选择,应根据供暖系统的规模,并结合供暖系统运行的经济性和可靠性确定。


在户式供暖系统中,一般选用单台循环水泵;在中小型供暖系统中,宜选用两种不同容量的循环水泵。其中一台循环水泵的流量和扬程应按供暖系统设计工况计算值的100%选择,按供暖系统中负荷较高时运行;另一台循环水泵的流量按设计工况计算值的75%,扬程按设计工况计算值的56%选择,在供热负荷较低时运行。在循环水泵效率大致相等的条件下,两种循环水泵的功率比大致为100:42,可互为备用。


在大型供暖系统中,或在区域供暖系统中,循环水泵可按三种循环水泵分别在高、中、低三种负荷状态下运行。在循环水泵效率大致相等的条件下,三种循环水泵的功率比大致为100%、51%、21.6%,并且这三种循环水泵可互为备用。


可见,合理进行循环水泵台数的确定和型号选择,对供暖系统运行时的节能效果十分显著。

6、供暖循环水泵流量的确定


户式供暖系统中一般选用单台循环水泵,对于中小型供暖系统中的供暖热负荷,或采用集中调节并联的闭式热水供暖系统其总最大设计流量,可按照下式计算:


式中:

G—供暖管网所需流量,m³/h;

K1—考虑热网热损失的系数,取1.05~1.10;

Q—供热系统总热负荷,kW;

C—热水平均比热,kJ/(Kg·℃);

(t1-t2)—供热系统供/回水温度。

7、供暖循环水泵扬程的确定


由于供暖系统中一般都为闭式系统,闭式系统供暖水泵扬程计算都比较熟悉,也有像空气源热泵采用开式系统,本文重点对于开式系统供暖水泵扬程的计算进行阐述。开式系统供暖水泵扬程除了供暖水管道及附件的沿程阻力、局部阻力及空气源热泵热交换器,锅炉阻力外,还包括末端散热器或地暖系统的阻力,除此之外,供暖水泵与末端散热器水位提升高度之差形成的静水压力,水泵与散热器管路空口,其阻力计算公式如下:


ΔP=P1+P2+P3+P4+P5


式中:

P1—锅炉阻力,kPa(m);

P2—供暖系统管道的阻力,kPa(m);

P3—末端散热器或地暖系统的阻力,kPa(m);

P4—水位高差形成的静水压力,kPa(m);

P5—空口出流的自由水头,kPa(m)。


据理论计算和实际经验,各部分阻力取值如下:


1)空气源热泵热交换器、壁挂炉阻力30kPa(具体值参看样本)。


2)供暖系统管道的阻力(包括调节阀),由于供暖系统管路主管没有末端分支环路,管道阻力为热交换器,燃气壁挂炉循环水泵开始统计管道与散热末端还应包含立管的阻力之和。


3)末端散热器或地暖系统的阻力3m~4m,静水压力取40kPa(4m水柱)。


4)水位高差4m~5m,静水压力取30kPa。


5)空口出流的自由水头取25kPa(2.5m水柱)。


6)供暖水泵的扬程应在上述计算后再附加5%~10%的余量。

8、补给水泵的确定


1)补给水泵流量的确定


在闭式热水供暖系统中,采用上述的补给水泵定压时,补给水泵的流量主要取决于整个热水供暖系统的漏水量。在实际工程冬季运行中供暖系统管内经常缺水,补给水泵定压系统不能投入正常运行,造成供暖系统管内缺水,部分空气进入致使散热器不热,其原因是补给水泵不能正常启动给供暖系统管内补水,在北方地区供暖系统管内缺水这种现象较普遍。


在工程中怎样选择补给水泵,补给水泵的流量又应怎样选择?实际选择补给水泵时,整个补水装置和补给水泵的流量应根椐供暖系统的正常补水量和事故补水量来确定。在实际热水供暖系统工程中正常补水量按1%~3%循环水量确定;事故补水量在循环水量5%以内,一般可取4%。


2)补给水泵扬程的确定


补给水泵的扬程怎么确定?在工程中补给水泵的扬程应根据保证水压图静压线的压力要求来确定。


Hb=K(Hbs+Hc+Hr+h)


式中:

Hb—闭式供暖系统补给水泵的扬程,kPa(m);

Hbs—调节阀与系统连接处的压力,kPa(m);

Hc—补给水泵出水管道处压力损失,kPa(m);

Hr—补给水泵吸入管道处压力损失,kPa(m);

h—补给水箱最低水位与水泵轴线的间距,m;

K—附加值1.05~1.10。


也可采用如下计算公式:


Hb=Hj+ΔH+Hf


式中:

Hj—定压点的压力,kPa;

ΔH—补给水泵处压力损失,kPa;

Hf—附加值1~3。





小   结



循环水泵的选型应根据供暖系统工作特性,输送水的介质特性、流量、扬程等工作特性满足本工程实际需求;同时应针对实际工程的不同,通过对实际流量、扬程的计算后正确选择,不能相互参照或估算其他类似工程选型。


对于大型供暖系统,补给水泵流量、扬程的确定还是要经过计算后确定,防止供暖系统补水量不够,造成整个系统不热。大型供暖系统补给水泵流量,主要取决于整个热水供暖系统的漏水量。对补给水泵的扬程确定是根据在工程中保证水压图静压线的压力要求来确定。对一些小型供暖系统,常见的例如户式燃气壁挂炉、户式空气源热泵供暖系统,一般采用膨胀罐做为供暖系统定压,而采用自来水系统给户式燃气壁挂炉、户式空气源热泵供暖系统补水。

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