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一起离心泵选型失误工程案例分析 孙万富 摘要 关键词 管路特性曲线 阻抗 车削叶轮 泵的相似律 引言 通常在大型空调建筑中空调电耗占整个建筑的30%—40%，而空调水泵的能耗又占中央空调系统总能耗的20%—30%，且常用的离心泵工作特性有别于轴流泵，因此，合理地选择空调泵成为空调系统安全、经济、平稳运行的重要前提之一。在实际工程中，由于人们对离心泵的特性认识不足，导致选型失误，或对工程技术问题处理不当，给系统的正常运行管理带来诸多隐患。1999年夏天笔者参加了一项民用建筑空调工程项目的施工、调试，由于选型失误及业主的固执，空调泵一直处于高能耗的运行状态，每年直接经济损失15元。现将问题的发现、处理及选型失误介绍作如下分析，以供工程设计及技术改造参考。 故障现象及现场处理 该工程为广东中山市某大酒店的裙房部分（商场），空调主机为两台400冷吨的离心式冷水机组，与之相配套，冷冻水泵选择了离心泵两台均为Q=300m3 /h, H=30mH2O。工程施工结束，调试时发现随着冷冻水泵出口阀门开启程度的加大，泵内产生很大的噪声，出口压力很高，进口压力为 0（实际应为负压），业主认为问题严重，要求马上解决问题，且不得采用关小泵出口阀门的方法，迫于工期等诸方面压力，在泵出口设置两个变径加大出口阻力，故障现象基本消除，通过工程验收，但遗留了隐患：（1）水系统的能耗大大增加；（2）水流量偏小，增大主机蒸发器冻结的可能及降低主机的制冷效率。 原因分析 离心泵在选型时，首先根据工程要求合理确定最大流量与最大扬程（用Qmax及Hmax表示），然后分别加10—20%作为不可预计（如计算误差、漏耗等）安全裕量作为选用的依据，即：Q=1.1Qmax H=1.1~1.2Hmax 这样即可使得离心泵处于高效区内平稳运行，且泵的实际流量扬程与设计值相接近，该工程经事后根据实际管路计算，所选水泵扬程若为H=15mH2O即可满足要求，而实际所选泵的扬程为H=30mH2O（流量Q=300m3/h是根据主机所需流量而定的），是实际所需扬程的2倍，则泵与所在的管路系统明显不匹配。若泵出口阀部分开启，由流体在管路系统中的流动特性知，流体???管路系统中流动时所消耗的能量用于克服管路系统两端的的压差H1及阻力hι，根据流体力学原理阻力损失可表达为流量Q的函数： hι=SQ2 式中S——阻抗（s2/m2），与管路系统的阻力与局部阻力及几何形状有关。 则总能耗H= H1+ SQ2。 当泵出口阀部分开启，则阀门处的局部结构状况决定局部阻抗很大，整个管路系统的总阻抗S也相应很大，对应的管路性能曲线较为陡直，如图OB示，与离心泵的性能曲线交点B即为工况点，此时泵的流量较小扬程却较大。对于泵的入口，虽然有较大的阻抗，由hι=SQ2知不会有太大的阻力损失。 反之，若泵出口阀逐步开大，阀门处的阻抗相应减小，整个管路系统的总阻抗S也相应减小，对应的管路性能曲线较为平缓，如图OC示，与离心泵的性能曲线交点C即为工况点，此时泵的流量较大扬程却较小。在泵的吸入口及吸入口的过虑器处阻抗较大，由hι=SQ2知会有很大的阻力损失，当阻力损失大到一定值时，就会在泵入口出现很大的负压（即具有很大的真空度），如果泵内某处的压Pk低至该处水温度下的汽化压力，即：Pk≤Pv，部分水即开始汽化在液体内部形成气泡，与此同时，由于压强降低原来溶解在水中的某些活泼气体，如氧气在负压条件下也会逸出，更增加了产生汽泡的可能性与数量，这些气泡随液体快速流进泵的高压区（叶轮 叶片之间）后迅即破灭，于是局部产生高频率，高冲击力的水击，不断打击泵内部件，尤其是叶轮，压力愈低，气泡愈多，则冲击愈明现，噪声和振动愈大，同时水泵的出流量急剧减小，严重时会出现断流，即发生“汽蚀”现象。亦即该工程调试时出现的现象，显然，这是应该避免的。 至于在泵的出口设置变径，实质就是加大管路系统的阻抗，与关小阀的开启程度等效，此时管路特性曲线较陡，系统流量较小，为防止蒸发器内的换热管冻结胀裂，这是不允许的；同时，据泵的Q—N性能曲线，消耗的轴功率并没有降低多少（且电机没有更换），故仍处于高能耗状态下运行。 正确处理 鉴于上述情况，根据离心泵的特性和选型的基本原则，可 方案一：重新选用与系统相匹配的泵和电机 即将原有的两台泵均更换为Q=300m3 /h, H=15mH2O的离心泵，该方案的优势在于泵与管路系统具有良好的匹配性，泵处于高效区内、低能耗状态，就当地的气候条件及建筑物情况，每年电费就可节省10~15万元，项目改造费用半年就可收回，只是需要几万元初投入。 该措施使用于泵额定流量、扬程所需值偏差较大的情况。 （2）车削叶轮外径同时重新选配电机 实践证明如果叶轮车削量不大（一般不超2