相似定律在水泵葉輪外徑增大中的應用

朱鳳英 哈密物業管理公司供熱中心

相似定律在水泵葉輪外徑增大中的應用

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利用相似定律對增大水泵葉輪外徑進行了理論計算及效果分析。

相似定律；葉輪外徑；增大

一、基本情況

利用超聲波流量計對2#換熱站并聯運行的2臺熱水采暖循環泵測得總流量為425 m3/h，其運行狀況為水泵出口壓力0.6MPa，回水壓力0.32MPa，電機電流52A、53A, 站外管網系統阻力為一定，板式換熱器運行2臺。而2#換熱站所供區域面積為125700.47 m2，外網所需供熱循環量Q需按4.4L/m2計算為553m3/h。顯然水泵運行不能滿足系統所需，需對其運行狀況進行分析。

1.1 系統設備狀況

其運行狀況如何，需與并聯運行的2臺熱水采暖循環泵的額定狀況進行比較，2#換熱站二次熱網熱水供暖系統的設備配置及其工藝流程簡圖如下：

①、配置三臺CFWR200—400/C型泵 實際使用兩臺泵

單泵銘牌參數：流量 320 m3/h實際總流量：425 m3/h

揚程 32m 揚程：28m

功率 45KW 電機電流：52A、53A

電機額定電流 84.2A

②、五臺R06A型板式換熱器

1.2、對比與分析

由泵的并聯工作性能曲線圖（如下）可知，理論上泵在并聯工作時的工作點應在M點，揚程應大于32m，實際只有28m。而按泵實際的揚程28m，泵的工況點應在O點，但是由于站外管網系統阻力為一定，其管路特性曲線不變，因此泵在管路系統工作點在P點，即為泵的實際工作點。由于實際流量、揚程均偏小，另外葉輪出口直徑的大小對泵的性能曲線有平移作用，因此可確定泵的實際性能曲線為低于并平行于理論性能曲線的一條曲線，即水泵的并聯運行并未達到最佳工況，根據泵的運行參數及性能曲線可知，泵的負荷偏低，流量偏小。

二、理論依據

當兩臺泵或風機的轉速相同，并輸送相同的液體（即轉速的比值np/nm=1，重度比值γp/γm=1），只改變葉輪幾何尺寸前后泵的Q（流量）、H（揚程）、N（功率）符合以下公式

其中：下標p為葉輪尺寸改變前，下標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程，從而改變泵的性能曲線，即改變泵的工作點。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#換熱站所供區域面積為125700.47 m2，外網所需供熱循環量Q需按4.4L/m2計算為553m3/h。按現有水泵性能參數來看供暖運行中只能按兩臺泵長期并聯工作進行考慮，由泵并聯工作時的特點可知，電動機的功率應按并聯時各臺泵的最大輸出流量來決定， 即按并聯時各臺泵的最大輸出流量來決定電機的功率，也就是說每臺泵的流量按QB=1/2×QM（QB：并聯后每臺泵工作的流量；QM：兩臺泵并聯后的總流量）來選擇，而不以Qc（每臺泵單獨工作時的流量）來選擇。否則，并聯工作時不能在最高效率點運行。

因此，葉輪外徑增大尺寸的計算中，Qp 就是按QB計算來的。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、嚴寒期、末期中為保證二次熱網合適的出水溫度，站內就得調節板式換熱器的運行臺數，這會導致管網系統阻力發生改變，管路系統所需克服的阻力降低，促使泵的流量增加，電機功率增大。

為解決以上問題先以運行2臺板式換熱器時的運行參數作為計算依據，再以運行5臺板式換熱器時運行參數作為確定所選葉輪外徑增大尺寸是否合適的判據。計算過程如下：

①、運行2臺板式換熱器時其工況為：

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Nm=39KW進行試計算：

則由

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

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

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

②、在板換器運行5臺時其工況為：Hp=23m，Np=30KW。

按D2m=355.57mm校核如下：

Np/Nm=（D2p/D2m）5計算30/ Nm=（328.5/355.57）5得Nm=44.57KW

相應23/ Hm=（328.5/355.57）2計算得Hm=26.9m。

由以上計算可見在二次網供熱系統處于全部投運狀態下，D2m取355.57mm后，Nm=44.57KW，沒有超過水泵額定功率45KW，而揚程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隨葉輪幾何尺寸改變比的三次方增加，即能夠達到預期的目的。

最后考慮實際尺寸測量、計算中的誤差，為保證電機運行處在良好狀態，確定葉輪增大尺寸為D2m=350mm。

四、投運效果

對兩臺水泵葉輪進行更換，并投入使用，其運行情況如下：

在運行三臺板換器時，2臺水泵出口壓力達0.69MPa，回水壓力0.32MPa，水泵電流78A、72A，測得流量660 m3/ h。

在運行五臺板換器時，2臺水泵出口壓力達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，滿足供熱系統所需的熱循環量。

另外，由于2#站所供區域面積增加到137071.5 m2，使外網所需的供熱循環量Q需增大到603 m3/h，通過對葉輪的更換既保證了供熱所需，又節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