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高效机房水泵的设计与选型要点

水泵的设计选型原则


 

1、末端设置电动两通阀的闭式空调水系统,

设置定速泵(定频)时选取性能曲线为平坦型的水泵;

设置调速泵(变频)时,选取性能曲线为陡降型的水泵,

且设计工况点宜位于水泵最高效率点的右侧区域。

 

且选取高效率处于性能曲线中间位置且高效运行区较广的水泵。

 

2、变速泵在不增大电机和变频器容量的前提下,选择较大的叶轮直径

 

3、绘制系统特性曲线和水泵性能曲线,确定水泵运行工况范围(系统特性曲线实际上是很难准确绘制出来的,建议项目初期先根据经验预估,等系统调试的时候根据实际调试的系统特性曲线再进行精确绘制,再结合绘制的管网性能曲线设置水泵调频策略)。

 

4、结合系统流量全年分布特征,选取高效运行区与全年分布时间最长流量范围较为一致的水泵。

 

5、在设计流量下校核水泵接口尺寸,水泵进出口流速应符合振动和噪声要求。

 

6、水泵作为主要耗能设备之一,设计选型时应对水泵效率作出要求,选择节能高效的水泵(为保证后期系统运行的稳定性,建议考虑头部品牌)


水泵的类型


 

常规空调系统循环水泵主要采用单级单吸离心泵、单级双吸离心泵,

特殊项目也有采用转子泵。

 

按水泵的安装方向分,有卧式泵、立式泵,

电机连接方式分,有联轴器泵、直联泵。

 

立式直联水泵具有结构紧凑、节省占地空间的优点;

而立式泵叶轮水平旋转,符合陀螺仪自平衡原理,运行更加平稳。

立式单级泵在民用建筑领域流量较小的工程中得到广泛应用。随着产品技术的发展,立式单级泵的容量范围越来越广,在空调系统中得到了更广泛应用。而电机与泵轴直联的方式可有效减少传动损失,进一步提高了水泵效率。

 

1、水泵的流量-扬程特性曲线

水泵的流量-扬程特性曲线一般有三种类型:平坦型、陡降型、驼峰型

 

性能曲线为“平坦型”的水泵特性,其零流量与最大流量之间的扬程变化范围不超过 10%~15%,适用于定频泵水循环系统。

 

性能曲线为“陡降型”的水泵由于其最大流量与最小流量间的扬程变化大,适用于变频泵水循环系统,且设计工况点宜位于水泵最高效率点的右侧。

 

性能曲线为驼峰型”的水泵一般不用在空调闭式水循环系统中,因为在两台水泵并联运行时可能引起负荷和扬程的周期变化,而当这一变化的频率等于系统的自振频率时便产生危险的共振现象,将对空调水系统的正常运行造成不良影响,严重时产生较大振动、噪声,甚至导致设备、管路的损坏。

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2、最佳工作点

循环水泵的最佳工作点是水泵特性曲线与系统管网特性曲线的交点。

但是由于种种原因,系统的实际运行流量总是偏离设计计算流量,往往是超出设计流量,其结果是使设计水泵工作点沿水泵特性曲线向右偏移

 

当水泵工作点向右偏移时,循环水泵所产生的扬程降低,这对系统的正常运行是不利的,此时有利环路超流量运行,供回水温差减小,最不利环路可能流量不足,影响空调器的正常使用,而总流量增加,总供回水温差减小,水泵效率降低,水泵功耗呈二次方增加

 

造成工作点右移的原因主要有两个方面:

 

首先是设计中水力计算采用过大的安全系数及不实际的压降计算方法。

 

其次是系统设计时未进行认真的水力平衡计算,而施工后又未进行严格的系统调试。

 

因此,为使系统按设计工况运行,除进行相关计算外,还应在选择水泵时将水泵的工作点选择在最佳工作点左侧适当的位置,以防水泵实际工作点超出一定范围,处于不经济的运行状况,影响系统正常运行。


 

空调水泵选型原则


 

冷冻水泵、冷却水泵的台数一般应和制冷主机一一对应,并考虑一台备用

补水泵一般按照一用一备的原则选取,以保证系统可靠的补水。

 

水泵并联运行时,流量有所衰减;当并联台数超过3台时,衰减尤为厉害。

故建议:

 

1、水泵并联不宜超过3台,即进行制冷主机选择时也不宜超过3台并联设计。

 

2、选用多台水泵时,要考虑流量的衰减,一般附加5%~10%的裕量

 

3、大中型工程应分别设置冷、热水循环泵。

 

4、选择流量一扬程特性曲线适合的水泵,使其工作点处于高效区段。


 

水泵扬程


 

1、冷冻水泵扬程的组成


 

制冷机蒸发器水阻力:一般为5~7mH2O,建议取小值。

 

末端设备(空气处理机组、风机盘管等)表冷器或蒸发器水阻力:一般为3~7mH2O,建议取小值。

 

回水过滤器、二通调节阀等的阻力:一般为1~3mH2O,建议取小值,分水器、集水器水阻力,一般每个为1~3mH2O。

 

水管路沿程阻力、局部阻力损失:需按具体管路进行水力计算,一般为7~10mH2O。

 

综上所述,冷冻水泵计算扬程为26~35m H2O,选型扬程一般为29~38mH2O。

 

2、冷却水泵扬程的组成


 

制冷机组冷凝器水阻力一般为5~7mH2O,建议取小值。

 

冷却塔喷头喷水压力一般为2~3mH2O。

开式冷却塔集水盘到喷嘴的高差一般为2~3mH2O,

 

回水过滤器、二通调节阀等的阻力一般为1~3mH2O,建议取小值。

 

冷却水系统水管路沿程阻力、局部阻力损失:需按具体管路进行水力计算,一般为5~8m H2O。

 

综上所述,冷却水泵计算扬程为17~26m H2O,选型扬程一般为19~29mH2O。

需要注意的是:空调循环水泵的扬程计算,应根据空调水系统的具体情况计算而定,不应照搬经验值。


变频水泵的设计选型特别注意事项


 

基于流体机械的功耗原理,功耗与转速呈三次方关系,故空调循环水泵宜采用变频控制运行,以大幅度降低水力输送能耗。

 

中央空调系统的设备、系统、管路等选型计算,均按较大负荷值进行;而在中央空调系统的实际运行中,绝大多数时间处于部分负荷工况运行,且每日运行中亦处于不断变负荷的状态。

 

故空调循环水泵采用变频运行控制尤显重要。

 

变频水泵需要配套变频电机,变频电机配有转子线圈散热风扇,能够适应转子较低转速运行;在电机容量满足情况下,也可进行一定幅度的超频运行。

 

水泵变频的下限值,除考虑电机自身变频容许范围外,还应重点考虑满足制冷机稳定运行的最小流量值,同时还应考察水泵变频后的效率变化。

 

通常水泵的选型系数(1.1~1.15)是为了弥补水力计算的疏漏、偏差及设备制造的偏差。

 

由于附加了选型系数,往往使得水泵流量、扬程值均超出实际需求值,因而造成了能耗增加(选型系数的平方),而实际运行中,由于选型偏大,往往造成超流量运行,水泵运行偏离了设计的最佳工况点,进一步导致效率下降。

 

故空调水泵在选用变频水泵时,在准确计算的基础上不再附加选型系数。

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