【關鍵詞】循環水泵,并聯,管路聯接
【摘要】本文就循環水泵的選擇原則、參數確定和選擇中的幾個問題進行分析，指出泵的特性與熱網特性不相匹配的原因和解決的方法。對并聯泵的效果和管路聯接方式進行了分析計算后，提出一些建設性意見和建議。
1 前言
由熱源設備、熱網和室內采暖系統組成的熱水供暖系統是一個系統工程、一個整體，忽略任何一部分都會嚴重影響系統的供暖效果。循環水泵是聯接熱源、熱網和室內采暖系統的樞紐設備，通過它把溫暖送給千家萬戶，所以，循環水泵的性能和參數的合理性，就顯得格外重要。因此合理選擇和正確安裝使用循環水泵，是取得較為滿意的供暖效果的關鍵。作者在近幾年的實踐中，遇到因循環水泵選擇和使用不當而影響供暖效果的現象有以下幾種：1循環水泵出口端的閥門不能百分之百打開，只能按電動機的允許額定電流控制閥門的開度，否則會引起電動機的實際運行電流超過其允許的額定電流而燒壞電動機。2循環水泵的使用往往不是一臺，而是二臺、三臺、多臺并聯使用，更有七臺泵同時并聯使用的先例，而且多臺并聯使用，有的是同型號、同性能，也有型號不同、性能也不相同。1管道系統與泵的聯接方式各異，不在同一位置、不在同一平面，造成系統不順、阻力增加。4循環水泵的出力達不到設計參數等。在排除循環水泵因制造原因而達不到實際參數不可預見外，我們應根據供暖系統提供的參數，合理選擇適用本系統的循環水泵的型號和參數，最大可能地滿足系統要求。
2 循環水泵的選擇
2．1 選擇的原則
循環水泵在供暖系統中所占比例，無論是容量還是設備數量都是很大的，運行中的問題也比較多。因此，正確選擇、合理使用和管理，確保正常供暖和提高經濟效益是十分重要的。選擇的原則是：設備在系統中能夠安全、高效、經濟地運行。選擇的內容主要是確定它的型式、臺數、規格、轉速以及與之配套的電動機功率。
選擇時應具體考慮以下幾個原則：1所選的循環泵應滿足系統中所需的最大流量和揚程，同時要使循環水泵的最佳工況點，盡可能接近系統實際的工作點，且能長期在高效區運行，以提高循環水泵長期運行的經濟性。2力求選擇結構簡單、體積小、重量輕、效率相對比較高的循環水泵。1力求運行時安全可靠、平穩、振動小、噪音低、抗汽蝕性能好。4選擇適用于流量變化大而揚程變化不大的水泵，即G—H特性曲線趨于平坦的水泵。
2．2 循環水泵的參數
2．2．1 流量1根據設計熱負荷計算流量；2根據室內采暖系統形式，在沒有任何調節手段時，計算因重力或溫降引起的垂直失調，并由此能克服或基本上克服這種垂直失調所需的最佳流量值；3根據室內采暖系統形式，在具備有調節功能手段且行為節能意識尚未具備時，可暫按2條確定流量。待行為節能意識到位或基本上到位后，屆時再采用調速泵的調節實現節能，為時不晚。
必須指出，最佳循環流量值的概念不是“大流量”，而是建立在目前的室內系統尚不具備調節手段的前提下，把垂直失調率控制在 15％以內，層間室內溫度的差值控制在0．2—0．4℃之間的最小流量值。
2．2．2 揚程1確定熱源設備系統或換熱設備系統的阻力：鍋爐房系統應控制在15mH2O以內，換熱設備系統應控制在10mH2O以內。2熱力管網的最不利環路阻力，主干線按經濟比摩阻30．70pa／m進行計算，局部阻力可考慮1．15—1．20的附加。3室內系統的阻力：一般為2—3 mH2O，水平單管串聯在八組以上和共用立管分戶控制系統應考慮3—5mH2O。4系統富裕壓力一般為3—5mH2O。
2．2．3 熱水供暖系統的介質溫度和工作壓力，應根據設計計算而定，而不是鍋爐的額定溫度和壓力。
為獲得上述參數，新建供暖系統可通過計算求得，對擴建和改建的供暖系統，最好是對系統管路進行實際地測定，最后用理論計算校核，這樣比較可靠。
2．3 選擇方法
利用“水泵性能表”選擇水泵，目前市場水泵型號、品種繁多，適合于供暖系統的水泵有單級單吸或單級雙吸立式管道泵、單級單吸臥式離心泵、直聯單級單吸臥式離心泵、軸開式單級雙吸臥式離心泵和單級雙吸中開蝸殼式離心泵等。
選擇步驟：
1原有計算的流量和揚程可不再進行附加。
2在已定的水泵系列表中找某一型號的泵，查找的流量和揚程與“水泵性能表”列出的代表性（一般為中間一行）的流量和揚程一致，或者雖不一致，但在上下兩行工作范圍內。如果有兩種以上型號的泵都能滿足要求，那就要權衡分析，通常應選其中比轉速（ns）較高的、結構尺寸小、重量輕的泵。ns的計算公式為：
單級單吸離心泵：ns=
單級雙吸離心泵：ns=
式中：n—轉速，轉／分；
G—體積流量；m3／秒；
H—揚程，米。
3具體選定了泵的型號后，要檢查泵在該系統中運行時的工作情況，觀察它的流量和揚程變化范圍，是否處在高效區內工作。如果運行工況點偏離高效區很遠，則說明泵在該系統中工作經濟性差，最好另行選擇。
2．4 循環水泵特性與熱網特性的匹配
循環水泵的工作特性曲線能否與熱網特性曲線相交在設計點上是很重要的，實踐中，常出現熱網特性曲線右移，表現在泵出口端的閥門不能全開，促使出口端的閥門長期處在節流狀態，水流不斷沖刷閥芯，一旦閥芯被沖刷變形，輕者失去關斷功能，重者會失去節流作用，致使電機被過流燒壞，釀成事故。再說，水泵出口端的閥門主要作用是關閉，不允許長期大關度節流使用。造成這種狀況的原因，有以下幾方面：1憑經驗過大的估算管網阻力，而不是進行系統的計算。2新建管網按規劃負荷計算阻力，而實際運行負荷差距很大。3原有舊管網的管徑比正常偏大，或利用二次網的管道改做一次管網使用。4水泵配用電機功率偏小，市場經濟后，廠家只按泵的最高效率點的流量值配用電機功率。
為達到目的，針對上述的情況，采用以下四種措施組織實施：
1換水泵：重新選擇循環水泵，滿足熱網所需流量和揚程的需要。
2換電動機，更換比原功率大一級的電動機，如原為90kw的電動機可更換為110kw或132kw的電動機。
3改變運行方式：如果原來系統配備的循環水泵是一開一備或二開一備，則應將備用泵開起來，就有可能滿足系統要求。
4切削葉輪：切削葉輪直徑后的水泵特性曲線與熱網特性曲線應盡可能匹配。葉輪允許切削量為15—20％，即（D1一D2）／D1=0．15—0．20，當葉輪外徑切削到0．9D1范圍內，泵的效率幾乎不變，當切削葉輪直徑至0．8—0．9D1時，泵的效率下降1％左右。葉輪切削后泵的性能按下式計算：
G2=G1·D2／D1
H2=H1（D2／D1）2
N2= N1（D2／D1)3
式中：D1、D2—分別為葉輪切削前、后的葉輪 直徑（ mm）；
G1、H1、N2—分別為葉輪直徑切削前泵的 流量（m3／h）、揚程（m）和功 率（kw）；
G2、H2、N2—分別為葉輪直徑切削后泵的 流量（m3/h）、揚程（m）和功 率（kw）。
上述四項措施，最可取的方法就是切削葉輪，促使水泵特性曲線與熱網特性曲線相匹配。這樣可以既經濟又快捷的滿足供暖系統的要求。
2．5 幾點建議
2．5．1 設有二臺（含二臺）以上循環水泵的供暖系統可不設備用泵，目前市場上較好的水泵，其連續運行時數均在10000小時以上，且安全可靠。
2．5．2 直聯單級單吸離心泵，適宜選用功率在200kw以下為好，流量在400m3／h以上時，應選用雙渦室果殼水泵，因為它可以很好地消除葉輪在泵殼中工作的徑向力，提高泵組的使用可靠性和壽命，同時可以降低因大流量而引起的噪聲，該泵體積小、重量輕、效率高、不需設地腳螺栓，在同型號水泵中，推薦SB（R）—ZL型系列水泵。
2．5．3 流量在800m3／h以上時，宜選用軸開式或中開式單級雙吸離心泵，特別是流量大于1200m3／h、揚程大于50 mH2O的泵，應選用單級雙吸離心泵為好。因為雙吸泵在同比轉速時的效率比單吸泵高出4—6％，并且運行平穩。軸開式單級雙吸離心泵，推薦SBR型系列水泵，中開式單級雙吸離心泵和中開式大容量單級雙吸離心泵，推薦SL0（w）系列和0mega系列水泵。
2．5．4 立式單級單吸管道泵和BA系列單級單吸泵，宜在功率45kw以下選用，由于泵的效率相對比較低，經濟性差，宜慎選用。
2．5．5 選用機械密封水泵，因為機械密封比填料密封的密封性能好，泄漏量少，軸與軸套不易損壞。機械密封的機械損失功率較小，約為填料密封的10—15％，所以近幾年，機械密封被廣泛使用在離心式水泵上。
2．5．6 循環水泵的揚程必須認真計算，決不是越大越好，揚程偏高不僅軸功率急劇增加，浪費電能，重要的是泵的特性曲線與熱網特性曲線不能匹配，嚴重影響供暖效果，但這種現象在行業中時有發生，望引以為戒。
3 循環水泵的并聯效果
3．1 同性能（同型號）泵并聯
3．1．1 并聯后的流量是單臺泵額定流量的迭加：在供暖的特定密閉循環系統中，當網路特性曲線較平坦時（圖1中2＃線），即系統內管道實際阻力偏小，運行一臺泵時泵出口端的閥門不能全部打開，二臺泵并聯后，泵出口端的閥門能全部打開，此時兩臺泵并聯后的總流量可接近于兩臺泵額定流量的迭加數。如果二臺泵并聯后，泵出口端的閥門還不能打開，須啟動第三臺泵并聯后，泵出口端的閥門才能全部打開時，此時三臺泵并聯后的總流量可接近于三臺泵額定流量的迭加數。
3．1．2 不適宜采用并聯：在供暖的特定密閉循環系統中，當網路特性曲線較陡時（圖1中3＃線），說明系統內管道的實際阻力偏大，并聯泵的效果特別差，此時應對管網阻力進行分析計算，找出阻力特別大的管段，采用泵串聯的方式，可有效克服該管段的阻力，改善供暖效果。
3．1．3并聯泵數量不宜超過三臺：在供暖的特定密閉循環系統中，當網路特性曲線屬正常時（圖1中1＃線），即管道比摩阻按規范30—70pa／m計算，單臺泵運行時泵出口端的閥門能全部打開，此時如果啟動第二臺泵，二臺泵并聯后的總流量是單臺泵額定流量的1．57倍，損失21．5％，如果繼續啟動第三臺泵，那么三臺泵并聯后的總流量是單臺泵額定流量的1．8倍，損失40％，若是再增加并聯泵數量，其效果必然越來越差，因此，在正常的網路系統中，我們推薦單臺泵運行，必要時最多不宜超過三臺泵并聯運行。
3．2 不同性能泵的并聯
兩臺不同性能泵的并聯時，當網路特性曲線較平坦（圖1中2＃線）即系統內管道的實際阻力偏小，其總流量接近于兩臺泵額定流量之和；當網路特性曲線較陡時（圖1中3＃線），說明系統管道內實際阻力偏大，大小兩臺泵并聯后，小容量的泵就沒有效果。同樣，當網路特性曲線屬正常時（圖1中1＃線），大小兩臺泵并聯后，小容量泵的作用也是微不足道的。
4 循環水泵與系統的管路聯接
4．1 水的高流速引起泵出入口管段附件阻力驟增
熱網系統中主干線的水流速是遵照規范要求比摩阻在30—70Pa／m范圍內進行計算的，那么水泵出入口管段的水流速應該如何控制，依據管段附件（閥門、彎頭等）的阻力與水流速平方成正比的關系，即，R=ζ· V2／2g。泵的生產廠家要求把泵的出入口管段水流速控制在2～2．5m／s最大不得超過3．0m／s的規定，并要求在水泵的出入口段按計算的水流速配置擴散管。擴散管一般由廠家隨機配給，如果自行加工配置，需符合圖2要求，α角度不能太大，太大容易產生渦流，α角度也不能太小，太小會增加阻力，因此，需控制在7°<α<12°為好。
在實際操作中，由于忽視水流速對泵出入口管段附件的阻力影響，對擴散管選用和管路附件的配置不夠重視；促使泵的出入口管段內的附件因水流速偏高，產生較大的阻力，致使熱網系統不能得到足夠的流量和資用壓頭而影響供暖效果。現舉例說明：
某工程熱水供暖系統選用一臺SB—ZL250－200－370A型泵，參數為G=800m3／h、H=32m、 N=90km、η=86％、轉速=1450r／min。
首先按泵的進口管DN250和出口管加擴散管后DN250計算水流速：
V250=3.69×10－4=4.72m/s
查熱水網路局部阻力當量長度表得：
計算泵出入口管段的附件阻力損失：
∑R250=×ζ=×(0.5×2＋
0.3＋0.5＋7.0＋1.5＋2.0)=13.98 mH2O
如果按泵的進口管DN300（加擴散管后）出口管ON300（即擴二級的擴散管后）計算水流速：
V300=3.69×10－4=3.28 m/s
再計算管段內的附件阻力損失：
∑R300=×(0.5×2＋0.3×2＋
0.5＋7.0＋1.5＋2.0)=6.92 mH2O
由此看來水流速對循環水泵出入口管段內的附件阻力損失較大，尤其是止回閥，阻力損失分別為R250=7．96mH2O和R300=3．84mH2O。為此，我們去冬在北京中紡局供熱系統、天津武清供熱站、山東膠州熱力公司（一次網）、和青島海洋大學供熱中心的系統中，將原有止回閥取消后進行供熱，取得了很好效果。如天津武清供熱站使用一臺132km軸開式單級雙吸離心泵供暖43萬m2，效果良好；青島海洋大學在相對位差60米的坡形地理上，使用一臺132km中開式單級雙吸離心泵供暖25萬m地取得很好的供暖效果。
關于止回閥的作用，主要是防止水倒流而引起泵的葉輪倒轉，特別是突然停電會造成這種現象。按規范要求：水泵的正常啟動和停止，須關閉泵出口閥后，才能操作泵的啟停。據泵業專家和廠方介紹，泵的葉輪在短時間內倒轉（10分鐘以內），對泵沒有影響，即使是單吸離心泵的葉輪螺母，也不會因短時間倒轉而松動。至于可否取消止回閥，還有待商討。但在泵的出入口段增加擴散管，降低水流速，減少阻力損失，提高泵的運行效率，應必須做好，為此，建議在泵的入口管段，水流速控制在2m／s以內；在泵的出口管段，水流速控制在2.5m/s以內。
4．2 管路的聯接方式
循環水泵的進出口管道與系統母管的聯接，習慣做法為T字形接口，這樣既不合理，又增加阻力，按4．1節的例題計算T字形接管的阻力，分別為R250=3．98mH2O和R300=1．9mH2O。如果充分利用文丘里的引流原理，把管路聯接方式改為如圖3的接口，那么就可以把原來并聯運行的流體干擾的不利因素，轉換為引流的有利因素，這樣可把這部分的局部阻力降到0．5mH2O左右。
實踐證明，這種管路的聯接方式，雖然會給施工安裝帶來一些不便，但長期的運行效果，其經濟性是非常可貴的。
另外，在安裝管路附件，如軟接頭、止回閥、蝶閥及過濾器等，要注意將這些附件裝在泵進出口的擴散管后的大口徑上，不要裝在小口徑管上，否則會增加更大的阻力。附件之間的安裝要留有足夠的距離，特別是蝶閥和止回閥之間，常常因距離太小，影響蝶閥和止回閥的開啟，致使系統中的流量和揚程不足，影響供暖效果，這樣的教訓還時有發生，望引以為戒。再有聯接的所有管道和附件，不允許將重量作用于水泵上，應另設支架固定為好。
5 循環水泵的運行管理
5．1 安裝調試
供暖用的循環水泵，一般為單級單吸或單級雙吸離心泵，水泵由泵廠整裝出廠，即水泵、電機與底板組成整體設備，所以安裝比較簡單，根據安裝的場合，遵照水泵安裝的要求，進行就位安裝。
調試前必須徹底清除管道內水中的垃圾、雜物，包括銹屑、焊渣、泥漿等，否則在運轉時，大雜物吸入水泵體內會損壞葉輪、主軸變形；水中的細塵，特別是硬質的微粒，會使機械密封摩擦環摩毛而損壞。所以，必須嚴格清除水中的垃圾，使水清澈后才能投入運行。
采用機械密封的水泵，切忌在斷水的情況下運轉，校正轉向時，也只可作瞬間點動。機械密封的二個光滑摩擦面，是靠水膜潤滑的，由于二端有壓差，所以運轉中會有微滲水，并從軸承套下面的小孔流出，微量的水滴不到地上就會被蒸發，如果發現滴水連續不斷，說明機械密封已經被摩毛或裂開；必須檢修更換新的機械密封件。
開泵前，只允許在泵出口端閥門關閉的狀態下才能進行，當水泵轉速達到最高值時，才可以慢慢開啟閥門；直至開足。停泵前，須關閉泵出口端的閥門后才能實行停泵操作，但不允許較長時間地在泵進出口管路閥門關閉的狀態下運行。
在試運行的過程中，必須觀察并記錄水泵進出口端的壓差，這個靜壓差加上動壓即為水泵的揚程，由于動壓在一般情況下較小（約為0．2—0．3m），所以在壓力表上反映的靜壓差，可視為水泵的揚程。由于我們選用水泵的G—H特性曲線比較平坦，當實際揚程高出水泵額定揚程時，說明系統阻力偏大，流量會急劇下降。發現這種情況，要及時分析查找管路系統的原因，一定要把阻力降下來，才有可能滿足系統中的流量要求。
5．2 運行管理
設備的操作和維護人員，必須嚴格遵守設備操作、使用和維護檢修的規程。循環泵在運行中，每班必須檢查泵的運行情況，包括泵體與電機振動、聲響、軸承的外殼溫度、密封漏水和運行電流值，并做好記錄。
離心泵的檢修可以實施狀態計劃修理，就是通常講的狀態維修，這種維修方式是根據日常檢測結果，確定了設備狀態的基礎上進行的預防性維修。供暖用的循環泵，一年中只有冬季使用，在停運的這段時間內，可根據冬季運行中發現的問題，有針對性地修理為宜，不需拆的盡量不拆。如機械密封不拆是好的，拆了再裝有可能就漏水，所以在檢修中既有預防性又有計劃性，如果在運行中發現泵的性能下降，應拆下葉輪檢查，很可能葉輪已被汽蝕損壞，需要更換葉輪；如果在運行中發現機械密封漏水，則需要更換機械密封件；如果在運行中發現軸承聲響振動較大，則需要更換軸承等等。如果一切很好，只需拆下軸承蓋加些潤滑脂就可以了。
運行中的另一個問題是汽蝕，每一種型號的離心泵，都有一定的必須汽蝕余量，如果泵在運行中產生噪音和振動，并伴隨有流量、揚程和效率的降低，有時甚至不能工作，拆開檢查時可發現葉片人口邊靠近前蓋板和葉片靠近進出口處和前后盤上有麻點或蜂窩狀破壞，這就是由于汽蝕引起的破壞，在實際運行中要引起注意。
中國石油天然氣管道局 丁亦如 王 琳
天津武清開發區熱力公司 李富國
鞍山市熱力設計研究院有限責任公司 李 新
