相似定律在水泵叶轮外径增大中的应用

朱凤英 哈密物业管理公司供热中心

相似定律在水泵叶轮外径增大中的应用

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利用相似定律对增大水泵叶轮外径进行了理论计算及效果分析。

相似定律；叶轮外径；增大

一、基本情况

利用超声波流量计对2#换热站并联运行的2台热水采暖循环泵测得总流量为425 m3/h，其运行状况为水泵出口压力0.6MPa，回水压力0.32MPa，电机电流52A、53A, 站外管网系统阻力为一定，板式换热器运行2台。而2#换热站所供区域面积为125700.47 m2，外网所需供热循环量Q需按4.4L/m2计算为553m3/h。显然水泵运行不能满足系统所需，需对其运行状况进行分析。

1.1 系统设备状况

其运行状况如何，需与并联运行的2台热水采暖循环泵的额定状况进行比较，2#换热站二次热网热水供暖系统的设备配置及其工艺流程简图如下：

①、配置三台CFWR200—400/C型泵 实际使用两台泵

单泵铭牌参数：流量 320 m3/h实际总流量：425 m3/h

扬程 32m 扬程：28m

功率 45KW 电机电流：52A、53A

电机额定电流 84.2A

②、五台R06A型板式换热器

1.2、对比与分析

由泵的并联工作性能曲线图（如下）可知，理论上泵在并联工作时的工作点应在M点，扬程应大于32m，实际只有28m。而按泵实际的扬程28m，泵的工况点应在O点，但是由于站外管网系统阻力为一定，其管路特性曲线不变，因此泵在管路系统工作点在P点，即为泵的实际工作点。由于实际流量、扬程均偏小，另外叶轮出口直径的大小对泵的性能曲线有平移作用，因此可确定泵的实际性能曲线为低于并平行于理论性能曲线的一条曲线，即水泵的并联运行并未达到最佳工况，根据泵的运行参数及性能曲线可知，泵的负荷偏低，流量偏小。

二、理论依据

当两台泵或风机的转速相同，并输送相同的液体（即转速的比值np/nm=1，重度比值γp/γm=1），只改变叶轮几何尺寸前后泵的Q（流量）、H（扬程）、N（功率）符合以下公式

其中：下标p为叶轮尺寸改变前，下标m为叶轮尺寸改变后，D2为叶轮外径尺寸。

由式⑴、⑵可看出，增大叶轮直径，可提高泵的流量和扬程，从而改变泵的性能曲线，即改变泵的工作点。为此，可采用增大叶轮外径的方法，提高泵的效率。

三、叶轮外径增大尺寸的确定

由于2#换热站所供区域面积为125700.47 m2，外网所需供热循环量Q需按4.4L/m2计算为553m3/h。按现有水泵性能参数来看供暖运行中只能按两台泵长期并联工作进行考虑，由泵并联工作时的特点可知，电动机的功率应按并联时各台泵的最大输出流量来决定， 即按并联时各台泵的最大输出流量来决定电机的功率，也就是说每台泵的流量按QB=1/2×QM（QB：并联后每台泵工作的流量；QM：两台泵并联后的总流量）来选择，而不以Qc（每台泵单独工作时的流量）来选择。否则，并联工作时不能在最高效率点运行。

因此，叶轮外径增大尺寸的计算中，Qp 就是按QB计算来的。叶轮外径尺寸的增大量以泵叶轮增大后功率不超为限。

在供热初期、严寒期、末期中为保证二次热网合适的出水温度，站内就得调节板式换热器的运行台数，这会导致管网系统阻力发生改变，管路系统所需克服的阻力降低，促使泵的流量增加，电机功率增大。

为解决以上问题先以运行2台板式换热器时的运行参数作为计算依据，再以运行5台板式换热器时运行参数作为确定所选叶轮外径增大尺寸是否合适的判据。计算过程如下：

①、运行2台板式换热器时其工况为：

Hp=28m，Np=26.25KW，QB=212. 5 m3/h=Qp，叶轮外径D2p=328.5mm若以泵叶轮增大后功率不超，先设Nm=39KW进行试计算：

则由

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

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

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

②、在板换器运行5台时其工况为：Hp=23m，Np=30KW。

按D2m=355.57mm校核如下：

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

相应23/ Hm=（328.5/355.57）2计算得Hm=26.9m。

由以上计算可见在二次网供热系统处于全部投运状态下，D2m取355.57mm后，Nm=44.57KW，没有超过水泵额定功率45KW，而扬程Hm也比原先增大了，因此在叶轮增大后，功率不超的情况下，由Qp/Qm=（D2p/D2m）3分析可知其流量一定会随叶轮几何尺寸改变比的三次方增加，即能够达到预期的目的。

最后考虑实际尺寸测量、计算中的误差，为保证电机运行处在良好状态，确定叶轮增大尺寸为D2m=350mm。

四、投运效果

对两台水泵叶轮进行更换，并投入使用，其运行情况如下：

在运行三台板换器时，2台水泵出口压力达0.69MPa，回水压力0.32MPa，水泵电流78A、72A，测得流量660 m3/ h。

在运行五台板换器时，2台水泵出口压力达0.62MPa，回水压力0.32MPa，水泵电流78A、75A。

可见，叶轮外径尺寸的增大量是完全合适的，满足供热系统所需的热循环量。

另外，由于2#站所供区域面积增加到137071.5 m2，使外网所需的供热循环量Q需增大到603 m3/h，通过对叶轮的更换既保证了供热所需，又节省了原水泵不能满足供热所需而需要增加的资金投入。

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.014