水泵并联变台数运行分析

闭式水循环系统多泵并联变台数调节的流量计算与预测:

1.流量调节方法:

随着节能和室内环境要求的提高,供暖和空调系统广泛采用了变流量技术,即用改变动力或改变阻力的方式调节系统、支路以及末端设备的流量,使之与经常变化的动态热(冷)负荷相匹配。

(1) 利用改变阻力进行调节,是传统的流量调节方法,亦即用阀门节流。

(2) 利用改变动力进行调节:泵与风机的变速调节、采用多台并联通过改变运行台数的调节、变速与变台数相结合的调节等。

2.计算方法:

设有N0台相同的水泵在一个闭式水循环系统中并联运行,设计工况下泵的扬程为H0(m);单台流量为q0(m3/h);系统的总流量为Q0=N0q0(m3/h)。

设系统特性曲线为:Hs=SQ2   (1)

将设计工况下系统的阻力损失Hs=H0,系统的总流量Q=Q0代入上式,可得系统阻抗S=H0/Q02,则系统的特性曲线为:Hs=(H0/Q02)Q2    (2)

当需要调节流量,减为N台并联运行时,则根据单台水泵的特性曲线H=f(q),可求出N台并联的特性曲线为:H=f(Q/N)   (3)

令Hs=H,由(2)(3)式即可解得Q,即N台泵的流量之和,也是系统的总流量。那么单台泵的流量为q=Q/N。

为了便于总结规律,用无因次量表达计算结果。

令减台运行工况单台泵的流量q与设计工况单台泵的流量q0的比值:q=q/q0   (4)称为单台相对流量。

令减台运行工况系统总流量Q与设计工况系统总流量Q0的比值:=Q/Q0=Nq/N0q0=(N/N0)(q/q0)=Nq   (5)

称为系统的相对流量。式中N=N/N0,称为相对台数。

根据给出的泵的特性以及设计工况(包括系统设计工况下泵的并联运行台数及单泵流量和扬程),就可以求出单泵流量q和系统流量Q随运行台数N的变化规律,进而求出q和Q随N的变化规律。

3.计算实例及分析

选取品牌XX-ISG型单级单吸离心泵,首先对样本上给出的比转数ns在66附近的各型号水泵进行计算。水泵的额定工况如表1所示。

1 (1).jpg

图1是根据计算结果绘制的q随N的变化曲线。可以看到,几条曲线是相当接近的。在N=0.5时, 的的最大差值为0.103。也就是说,在比转数大体相同的情况下,q随N的变化规律也大体相同。如果用几条曲线的算术平均所得到的曲线,作为比转数ns为66左右的代表性曲线(见图2),计算表1所列比转数各型号水泵的q,在N≥0.5时误差不超过5%。

1 (2).jpg

用同样的方法,对比转数在23、33、47、94、132、187附近的ISG型水泵进行计算,结果如图2所示。

1 (3).jpg

根据图2,得出结论:

比转数愈大,曲线愈往下方;比转数愈小,曲线愈往上方。即比转数愈大,N相同的情况下,单台泵的流量相对于设计工况,增加愈少,不但变台数调节有较好的效果,而且超载的可能愈小,因而愈适于并联运行;反之,比转数愈小,在N相同的情况下q愈大,愈不适于并联运行。

下面根据图2的结果,对N=1/2,N=2/3,N=3/4这几种情况进行分析:

(1)N=1/2,即由设计工况的2台并联运行减为一台运行,或由设计工况的4台并联运行减为2台并联运行,或由设计工况的6台并联运行减为3台并联运行等。由图2可知,这种情况下,各种比转数的泵,q都大于1.5,即单台泵的流量都将增加50%以上,如果泵的电机功率是按照稍大于额定工况的功率配置,就会发生超载现象,并且比转数愈小超载愈多。

1 (4).jpg

(2)N=2/3,即由设计工况的3台并联运行减为2台并联运行,或由设计工况的6台并联运行减为4台并联运行等。由图2可知,这种情况下的范围为1.32~1.47,即单台泵流量增加的幅度在32%~47%之间。比转数愈大,增加的幅度愈靠近这个范围的下限;反之则愈靠近上限。应当说,这种情况有很大的超载可能,更准确的判断应当是根据q求出泵的流量,然后由功率与流量的关系曲线,查出实际功率,与电机的配置功率进行比较。

1 (5).jpg

(3)N=3/4,即由设计工况的4台并联运行减为3台并联运行,或由设计工况的8台并联运行减为6台并联运行等。由图2可知,这种情况下q的范围为1.23~1.31,即单台泵流量增加的幅度在23%~31%之间。显然,这种情况也是有超载可能的。

1 (6).jpg

图3是根据计算结果绘制出的系统流量Q与相对台数N的关系曲线。这个图的作用是了解台数调节过程中系统的流量变化,以判定流量是否能够满足要求。图2和图3所表达的结果,实质上是相同的,由一个可以推出另外一个。式(5)是它们之间的桥梁。

1 (7).jpg

4.流量预测方法

对于凯泉ISG型单级单吸离心泵,可直接根据相对台数N和比转数ns在图2上查出q,则单台泵的流量q=q0q,系统流量Q=Nq。或者根据相对台数N和比转数ns,在图3上查出Q,则系统流量Q=QoQ,单台泵的流量q=Q/N。

为了能够运用计算工具直接计算以及编制软件的需要,对ns≥66,0.5≤N≤1范围内的计算结果,进行拟合得到q与N、ns 的关系式如下:q=-0.002766ns N2 +1.109N2+0.005676nsN-3.026N-0.002921ns+2.92      (6)

(6)式与(5)式相联立,又可求出Q0。(6)式的误差,经我们的核算,在8%以内。

水泵并联运行的流量增量及相关问题分析:

1.水泵并联可能出现的问题

水泵并联运行的作用:(1)增大系统的流量。(2)通过开启不同台数来进行系统的流量调节。可能出现的问题:

1)对于一个确定的管路系统,如果对泵选型不当,则可能出现开两台(或多台)泵并联运行比单台运行,流量增加很少的情况。

2)减台运行时的单机流量就会大大增加,使单机工况严重偏离合理工作区,效率降低,从而使轴功率显著增大,有可能导致电机超载。

2.水泵并联运行的流量增量的相关影响因素

1)泵的特性对流量增量的影响

1 (8).jpg

泵的特性曲线越陡(比转数越大),△G(流量增量)越大,越适宜于并联工作。反之,泵的特性曲线越平坦(比转数越小),△G越小,越不适宜于并联工作。

2)管路阻抗对流量增量的影响

1 (9).jpg

管路阻抗S越大,并联的流量增量△G越小;反之,S越小△G越大。减小管路系统的阻抗,可以提高水泵并联的流量增量。

管路阻抗越小(特性曲线越平坦),越适宜于水泵的并联工作。管路阻抗越大(特性曲线越陡),越不适宜于水泵的并联工作。

3)泵的特性与管路阻抗对流量增量的综合影响

1 (10).jpg

泵曲线的陡降型与管路曲线的缓升型结合,△G较大(图3a);泵曲线的平坦型与管路曲线的陡升型结合(图3d),△G较小;其它两种组合,△ G居中。

4)同型号,同水位水泵并联台数对流量增量的影响

同型号同型号水泵并联,可以通过改变开启水泵台数的不同,来达到进行系统流量调节的目的,因此在设计中被广泛采用,但是,对于一个确定的管路系统来说,不能简单的理解为并联的水泵台数增加一倍流量就会增加一倍。

如两台同型号水泵在一个吸水池中抽水,两处吸口到交汇处的管径相同,各泵通过的流量为Q/2,因此两台泵并联的结果是,在同一扬程下流量的叠加。

用等扬程下流量叠加的方法绘制两台水泵并联后的特性曲线B。同型号、同水位水泵三台并联原理与两台水泵相同,特性曲线可用一条等值水泵的C曲线来表示。

1 (11).jpg

曲线A、B、C与曲线Σh相交于A’,B’,C’,两台水泵运行时,Q不等于2Q,三台水泵运行时Q也不等于3Q,同时三台水泵并联时的流量增量小于两台水泵并联时的流量增量即△Q3<△Q2。如果在继续增加并联水泵的台数量,则可能出现多台并联运行与单台运行相比,流量增加很少的情况。

3.采用台数调节可能出现的超载问题与流量增量

如果水泵的并联流量增量△G过小,改变开启台数时有可能造成水泵电机的超载。

1 (12).jpg

并联工况是设计工况,并联运行时的单台泵工况B应在合理工作区(高效区),而单台运行工况C往往偏离合理工作区,效率降低。△G越小,C与B就相距越远,两工况的效率差也就越大。因此,△G的过小,将使C工况的轴功率大大超出B工况,在单台运行时就有可能发生超载现象。

实例:采用KQL125/300一11/4型水泵,流量推荐区间为55~110m³/h

1 (13).jpg

GC比GB增大86.4%,且C工况严重偏离推荐工作区,效率一定低于B工况,所以C工况所需要的功率将大大超过B工况。如果水泵电机是按流量推荐区域配置,单台运行时一定会超载。

4.并联水泵的选型及系统设计中应注意的几个问题

1)应尽量不要采用性能曲线太平坦的水泵,并注意减小系统阻抗,以增大并联运行与单台运行的流量差△G。

2)对泵的选型,应尽量使并联运行和单台运行的泵都在高效率区工作。

3)水泵选型时不能只考虑并联工况,必须校核单台运行工况,流量是否能够满足调节要求,以及是否有超载的可能。

4)如果单台运行有超载可能,最好的办法是装设自力式限流止回阀,在单台运行时,限流止回阀自动改变开度,增大阻抗,减小流量。

本文来源于互联网。闭式水循环系统多泵并联变台数调节的流量计算与预测—梅钢;水泵并联运行的流量增量及相关问题分析—韩世力。


文章分类: 给排水
分享到:
赞助商
登录