水泵并联变台数运行分析

闭式水循环系统多泵并联变台数调节的流量计算与预测：

1.     流量调节方法：

随着节能和室内环境要求的提高，供暖和空调系统广泛采用了变流量技术，即用改变动力或改变阻力的方式调节系统、支路以及末端设备的流量，使之与经常变化的动态热(冷)负荷相匹配。

（1） 利用改变阻力进行调节，是传统的流量调节方法，亦即用阀门节流。

（2） 利用改变动力进行调节：泵与风机的变速调节、采用多台并联通过改变运行台数的调节、变速与变台数相结合的调节等。

2.     计算方法：

设有N  0  台相同的水泵在一个闭式水循环系统中并联运行，设计工况下泵的扬程为H  0  （m）；单台流量为q  0  （m  3  /h）；系统的总流量为Q  0  =N  0  q  0  （m  3  /h）。

设系统特性曲线为：H  s  =SQ  2     (1)

将设计工况下系统的阻力损失H  s  =H  0  ，系统的总流量Q=Q  0  代入上式，可得系统阻抗S=H  0  /Q  0   2  ，则系统的特性曲线为：Hs=(H  0  /Q  0   2  )Q  2      (2)

当需要调节流量，减为N台并联运行时，则根据单台水泵的特性曲线H=f(q)，可求出N台并联的特性曲线为：H=f(Q/N)   (3)

令Hs=H，由(2)(3)式即可解得Q，即N台泵的流量之和，也是系统的总流量。那么单台泵的流量为q=Q/N。

为了便于总结规律，用无因次量表达计算结果。

令减台运行工况单台泵的流量q与设计工况单台泵的流量q  0  的比值：q=q/q  0    (4)称为单台相对流量。

令减台运行工况系统总流量Q与设计工况系统总流量Q  0  的比值：=Q/Q  0  =Nq/N  0  q  0  =(N/N0)(q/q  0  )=Nq   (5)

称为系统的相对流量。式中N=N/N  0  ，称为相对台数。

根据给出的泵的特性以及设计工况（包括系统设计工况下泵的并联运行台数及单泵流量和扬程），就可以求出单泵流量q和系统流量Q随运行台数N的变化规律，进而求出q和Q随N的变化规律。

3.   计算实例及分析

选取品牌XX-ISG型单级单吸离心泵，首先对样本上给出的比转数n  s  在66附近的各型号水泵进行计算。水泵的额定工况如表1所示。

图1是根据计算结果绘制的q随N的变化曲线。可以看到，几条曲线是相当接近的。在N=0.5时， 的的最大差值为0.103。也就是说，在比转数大体相同的情况下，q随N的变化规律也大体相同。如果用几条曲线的算术平均所得到的曲线，作为比转数n  s  为66左右的代表性曲线(见图2)，计算表1所列比转数各型号水泵的q，在N≥0.5时误差不超过5％。

用同样的方法，对比转数在23、33、47、94、132、187附近的ISG型水泵进行计算，结果如图2所示。

根据图2，得出结论：

比转数愈大，曲线愈往下方；比转数愈小，曲线愈往上方。即比转数愈大，N相同的情况下，单台泵的流量相对于设计工况，增加愈少，不但变台数调节有较好的效果，而且超载的可能愈小，因而愈适于并联运行；反之，比转数愈小，在N相同的情况下q愈大，愈不适于并联运行。

下面根据图2的结果，对N=1/2，N=2/3，N=3/4这几种情况进行分析：

（1）N=1/2，即由设计工况的2台并联运行减为一台运行，或由设计工况的4台并联运行减为2台并联运行，或由设计工况的6台并联运行减为3台并联运行等。由图2可知，这种情况下，各种比转数的泵，q都大于1.5，即单台泵的流量都将增加50％以上，如果泵的电机功率是按照稍大于额定工况的功率配置，就会发生超载现象，并且比转数愈小超载愈多。

（2）N=2/3，即由设计工况的3台并联运行减为2台并联运行，或由设计工况的6台并联运行减为4台并联运行等。由图2可知，这种情况下的范围为1.32～1.47，即单台泵流量增加的幅度在32％～47％之间。比转数愈大，增加的幅度愈靠近这个范围的下限；反之则愈靠近上限。应当说，这种情况有很大的超载可能，更准确的判断应当是根据q求出泵的流量，然后由功率与流量的关系曲线，查出实际功率，与电机的配置功率进行比较。

（3）N=3/4，即由设计工况的4台并联运行减为3台并联运行，或由设计工况的8台并联运行减为6台并联运行等。由图2可知，这种情况下q的范围为1.23～1.31，即单台泵流量增加的幅度在23％～31％之间。显然，这种情况也是有超载可能的。

图3是根据计算结果绘制出的系统流量Q与相对台数N的关系曲线。这个图的作用是了解台数调节过程中系统的流量变化，以判定流量是否能够满足要求。图2和图3所表达的结果，实质上是相同的，由一个可以推出另外一个。式(5)是它们之间的桥梁。

4.   流量预测方法

对于凯泉ISG型单级单吸离心泵，可直接根据相对台数N和比转数ns在图2上查出q，则单台泵的流量q=q  0  q，系统流量Q=Nq。或者根据相对台数N和比转数ns,在图3上查出Q，则系统流量Q=Q  o  Q，单台泵的流量q=Q/N。

为了能够运用计算工具直接计算以及编制软件的需要，对ns≥66，0.5≤N≤1范围内的计算结果，进行拟合得到q与N、ns 的关系式如下：q=-0.002766ns N  2  +1.109N  2  +0.005676n  s  N-3.026N-0.002921n  s  +2.92      (6)

 (6)   式与(5)式相联立，又可求出Q0。(6)式的误差，经我们的核算，在8％以内。

水泵并联运行的流量增量及相关问题分析：

1.   水泵并联可能出现的问题

水泵并联运行的作用：（1）增大系统的流量。（2）通过开启不同台数来进行系统的流量调节。可能出现的问题：

1   ）对于一个确定的管路系统,如果对泵选型不当,则可能出现开两台(或多台)泵并联运行比单台运行,流量增加很少的情况。

2   ）减台运行时的单机流量就会大大增加，使单机工况严重偏离合理工作区，效率降低，从而使轴功率显著增大，有可能导致电机超载。

2.   水泵并联运行的流量增量的相关影响因素

1   ）泵的特性对流量增量的影响

泵的特性曲线越陡(比转数越大)，△G（流量增量）越大，越适宜于并联工作。反之，泵的特性曲线越平坦(比转数越小)，△G越小，越不适宜于并联工作。

2   ）管路阻抗对流量增量的影响

管路阻抗S越大，并联的流量增量△G越小；反之，S越小△G越大。减小管路系统的阻抗，可以提高水泵并联的流量增量。

管路阻抗越小(特性曲线越平坦)，越适宜于水泵的并联工作。管路阻抗越大(特性曲线越陡)，越不适宜于水泵的并联工作。

3   ）泵的特性与管路阻抗对流量增量的综合影响

泵曲线的陡降型与管路曲线的缓升型结合，△G较大(图3a)；泵曲线的平坦型与管路曲线的陡升型结合(图3d)，△G较小；其它两种组合，△ G居中。

4   ）同型号，同水位水泵并联台数对流量增量的影响

同型号同型号水泵并联，可以通过改变开启水泵台数的不同，来达到进行系统流量调节的目的，因此在设计中被广泛采用，但是，对于一个确定的管路系统来说，不能简单的理解为并联的水泵台数增加一倍流量就会增加一倍。

如两台同型号水泵在一个吸水池中抽水，两处吸口到交汇处的管径相同，各泵通过的流量为Q／2，因此两台泵并联的结果是，在同一扬程下流量的叠加。

用等扬程下流量叠加的方法绘制两台水泵并联后的特性曲线B。同型号、同水位水泵三台并联原理与两台水泵相同，特性曲线可用一条等值水泵的C曲线来表示。

曲线A、B、C与曲线Σh相交于A’，B’，C’，两台水泵运行时，Q不等于2Q，三台水泵运行时Q也不等于3Q，同时三台水泵并联时的流量增量小于两台水泵并联时的流量增量即△Q3<△Q2。如果在继续增加并联水泵的台数量，则可能出现多台并联运行与单台运行相比，流量增加很少的情况。

3.   采用台数调节可能出现的超载问题与流量增量

如果水泵的并联流量增量△G过小，改变开启台数时有可能造成水泵电机的超载。

并联工况是设计工况，并联运行时的单台泵工况B应在合理工作区（高效区），而单台运行工况C往往偏离合理工作区，效率降低。△G越小，C与B就相距越远,两工况的效率差也就越大。因此，△G的过小，将使C工况的轴功率大大超出B工况，在单台运行时就有可能发生超载现象。

实例：采用KQL125/300一11/4型水泵,流量推荐区间为55~110m   3   /h   。

G  C    比G  B  增大86.4%，且C工况严重偏离推荐工作区，效率一定低于B工况，所以C工况所需要的功率将大大超过B工况。如果水泵电机是按流量推荐区域配置，单台运行时一定会超载。

4.   并联水泵的选型及系统设计中应注意的几个问题

1)   应尽量不要采用性能曲线太平坦的水泵，并注意减小系统阻抗，以增大并联运行与单台运行的流量差△G。

2)   对泵的选型，应尽量使并联运行和单台运行的泵都在高效率区工作。

3)   水泵选型时不能只考虑并联工况，必须校核单台运行工况，流量是否能够满足调节要求，以及是否有超载的可能。

4)   如果单台运行有超载可能，最好的办法是装设自力式限流止回阀，在单台运行时，限流止回阀自动改变开度，增大阻抗，减小流量。

 

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