水泵的术语选择范围与性能曲线

水泵DES7001目标通过选择房间末端盘管和空调箱盘管的冷冻水系统，我们已经知道了房间内冷冻水的要求。我们也确定了建筑内盘管的位置。接下来我们应布置将冷冻水送到盘管的输送系统。为了把冷冻水从冷水机组分到空调末端，我们布置了冷冻水管路系统，确定了管径，选择了水泵必须克服的最不利环路的阻力损失。最后，我们应该考虑水泵系统。本章中描述了离心水泵及如何应用和选择。学完本章后，你能够：-了解离心水泵的运行-正确应用离心水泵-根据制造厂的泵的参数来选择离心泵-画出管路的阻力曲线与水泵性能曲线的交点-了解并联与串联水泵的性能曲线。2目标

了解离心水泵的运行正确地使用离心水泵将管路的特性曲线迭加到水泵的特性曲线上从制造商的水泵资料中选择离心水泵了解水泵并联和串联的特征曲线3设计检查步骤

选择控制区域计算冷、热负荷的峰值选择风机盘管末端设备选择末端的控制类型设计水系统设计冷凝水排水系统选择冷水机组

选择辅助设备（水泵）4水泵的术语流量：水泵的流量通常用加仑/每分钟来表示gallon/s(gpm)压头：水底部的压力通常用英尺水柱来表示净吸入压头：水泵的净吸入口的压力要达到防止产生气蚀的要求。气蚀：如果系统中任何一个地方的水压力低于水的蒸发压力，溶解的空气会从水中放出变成气泡。流到压力高的地方，气泡会破裂。气泡的形成和破裂称为气蚀现象，常发生在水泵的进口端。当气蚀现象发生时，它常使水泵产生运行噪声、损坏叶轮、产生水击。必须避免这种现象。5水泵的术语流量：

-体积流量表达为加仑/每分钟压头：

-压力通常用水柱高度表示，一般是用英尺做单位6确定水泵的压头

泵的压头被分为吸入压头和输出压头。水柱是有重量的。当系统是开式系统时水泵必须克服以上压头。下面几页介绍的是在不同情况下，如何确定水泵的总压头。水泵的吸入水头等于吸入静压、作用在被抽吸水面上的压力、管路的沿程阻力和动压头的总和。输出压头的组成同样。不过，水泵吸入口的压头组成是关键。它取决于吸入管路和吸入面是高于还是低于水泵的中心线。从以下几页来看这种影响。7确定水泵的压头

（吸水池在泵的中心线下）吸入压头（总计）：

­吸入段的静压头­吸入段的摩擦阻力­水面上的任何正压（P1）排出压头（总计）：

­排出段的静压头­排出段的摩擦阻力­水面上的任何正压（P2）总压头=吸入压头+排出压头8确定水泵的压头

（吸入面高于水泵中心线）吸入压头（总计）吸入段静压吸入段沿程阻力吸入段水面上的压力排出压头（总计）排出段静压排出段沿程阻力排出段水面上的压力总压头=吸入压头+排出压头9确定排出压头

(可能排出到水池中)

排出静压头=例1：-不把排出管垂向水池-排出静压头=H1例2：-将排出管垂向水池-排出静压头=H2在例2中，下垂管提供了一段补偿量（C）。下垂管提供的水柱的补偿了水泵的排出压头10防真空器（下垂管插入入水池中）以下情况是管管路系统中应应该注意的。。这可能发生生在冷凝器的的管路中。如如果下垂管的的长度H大于于35英尺，，大气压力不不能够承担如如此高度水柱柱的压力，一一些水将落在在水池中，在在管路的顶部部形成真空。。当水泵再启动动时，管道内内的真空被迅迅速破坏，从从而形成水击击。水击会产产生很大的压压力，对管路路和冷凝器造造成破坏。为避免此现象象，在排出管管的立管最高高处安装一个个防真空器。。当水泵停止止运行时，H高的水柱都都落在水池中中。当水泵再再启动时，再再充满管道。。安装防真空气气后，水泵启启动时，其排排出段的压头头是H2。11防真空器(排出管置于于水池中)当下垂管长度度大于35ft时，水泵泵关闭-大气压力力P不能支持持（H-H2）高的水柱柱重-在H高处处顶部将形成成真空-当泵启动动时，真空迅迅速破坏-产生水击击-管路产生生机械破坏避免排出段形形成真空当泵关闭时，，水顺着管路路排下（H））有防真空的水水泵排出压头头-运行=H2；启启动=H12吸上真空高度度(NPSH)NPSH是要要求水泵不产产生气蚀的最最小压力值。。当水中出现气气泡并迅速破破裂时就产生生了气蚀。如如果吸入吸入入段的压力低低于蒸发压力力就会产生气气泡。气泡在在水泵叶轮之之前产生。水水的压力会使使气泡迅速破破裂，并且产产生噪声，损损坏叶轮。必须避避免这这种现现象。。13吸上真真空高高度(NPSH)水泵法法兰前前的压压力(P)必必须须防止止气蚀蚀气蚀现现象：：形成气气泡并并迅速速破裂裂如果（（P）下下降到到水的的蒸发发压力力以下下，水水会在在到达达叶轮轮入口口前迅迅速变变成气气泡水泵使使压力力超过过水蒸蒸发压压力气泡迅迅速破破裂噪声迅速磨磨损叶叶轮14卧式壳壳体分分离式式水泵泵下图表表示了了卧式壳壳体分分离式式双吸泵泵。这这种泵泵通常常在1150RPM或1750RPM转速速下运运行。。轴承位位于轴轴的末末端，，方便便维修修。泵泵能被被完全全拆开开而不不影响响管道道系统统。因因为水水从两两个末末端进进入泵泵，不不要求求末端端止推推装置置。它的缺缺点是是外壳壳的铸铸造有有些复复杂，，且需需要两两个填填料盒盒。同同样，，由于于轴在在叶轮轮的吸吸入口口占据据一定定空间间在两两轴承承支撑撑之间间的长长度较较大，，轴的的直径径必须须增加加以保保证第第一临临界速速度在在运行行速度度之上上。这这两个个因素素导致致了入入口损损失的的加大大。但无论论如何何，它它的高高效是是显而而易见见的，，很多多工程程师都都偏爱爱这种种型号号的泵泵。15卧式壳壳体分分离式式水泵泵在1150或或1750RPM转速速下运运行两侧吸吸入轴承在在轴的的末端端维修方方便不需要要推力力轴承承整个泵可可以在不不影响管管道系统统的情况况下拆除除高效率长的轴直径较大大往往是昂昂贵的16单吸水泵泵下图表示示一台单单侧吸入入水泵，，也叫垂垂直对开开壳泵。。这种泵泵也被归归于“组组合泵””。电动动机和泵泵是一个个组合体体。这构构成了一一个紧凑凑且不太太昂贵的的泵———甚至在在较大的的容量下下。它的的电动机机和泵轴轴是特殊殊设计的的。电动机和和泵可改改变为各各自有单单独的机机壳，通通过一个个轴连接接，安装装在同一一基础上上。这方方便了标标准电动动机的使使用。在任何情情况下，，当要打打开单吸吸泵进行行维修时时，管道道系统都都必须与与之切断断连接。。尽管只只有一个个填料盒盒，但还还是难以以触及。。流体进入入叶轮入入口时没没有阻抗抗，进口口损失很很小。这类泵通通常与4极或2极60Hz的的电机配配对，转转速为1750或3500RPM。。17单吸水水泵泵单吸水泵泵一体式维修困难难入口损失失低“组合泵泵设计””特殊马达达和泵分开的泵泵和马达达在同一基基础上标准马达达水泵成本本低在1750或或3500RPM运行使用普遍遍18水泵的密密封下图表示示了填料料环和机机械轴封封防制液液体沿泵泵轴的渗渗漏。填填料环要要求沿着着轴有持持续的少少量流体体渗漏用用以轴承承的冷却却和润滑滑。如果果填料盖盖压得太太紧，泵泵轴会留留下划痕痕且渗漏漏将不受受控制。。维修昂昂贵且麻麻烦。如果一个个带有填填料环的的泵在低低于大气气压下抽抽吸，低低压诱导导水进入入填料中中心附近近的水封封环将变变成必须须的。在在这种情情况下，，水的渗渗漏流动动既进入入泵的抽抽吸，又又沿着泵泵轴出来来。假如如被抽吸吸的水是是干净并并且没有有泥沙的的话，它它能被用用管道从从泵输送送到填料料环。否否则，密密封水必必须来自自一个外外部加压压调节的的水源。。机械轴封封可以防防止所有有的渗漏漏，除了了可以忽忽略的蒸蒸发量，，所以泵泵的排水水管不是是必需的的。无论论如何，，通过泵泵的流体体一定要要保持供供给轴承承。否则则，泵将将会过热热导致损损坏。机械轴封封在市场场上很受受欢迎。。19水泵的密密封填料环和和机械密密封水的小渗渗漏冷却和润润滑轴承承来自泵本本身的水水水泵必须须抽送水水否则会使使轴承过过热最小渗漏漏蒸发水泵不需需要排水水20水泵的材材料通常的空空气调节节规范要要求铸铁铁泵壳和和青铜叶叶轮。泵泵轴可以以是不锈锈钢或低低碳钢，，青铜或或陶瓷的的轴套覆覆盖所有有的与水水接触的的部分。。轴承几乎都都用滚珠轴轴承。为了用于特特殊的情况况，泵可以以用多种的的特殊的材材料。21水泵的材料料空调用铸铁水泵外外壳青铜叶轮不锈钢轴或低碳钢轴轴青铜或陶瓷瓷轴套覆盖盖水与轴接接触的区域域滚珠轴承特殊用途按需要选择择材料22水泵泵的的性性能能曲曲线线泵性性能能的的典典型型特特性性通通过过下下面面的的图图表表描描述述出出来来。。扬扬程程－－流流量量曲曲线线是是由由制制造造厂厂商商通通过过固固定定转转数数、、叶叶轮轮尺尺寸寸和和外外壳壳尺尺寸寸的的标标准准实实验验得得出出的的。。对于于离离心心泵泵，，当当流流速速增增大大时时，，它它的的扬扬程程逐逐步步减减小小。。23典型的水泵性性能曲线典型的水泵性性能扬程-流量曲曲线“水泵性能曲曲线”由厂商所做的的标准试验确确定24平坦型与陡降降型水泵性能能曲线水泵的性能可可以更进一步步通过水泵的的性能曲线的的斜率表现出出来。表示为为平坦型或陡陡降型。平坦坦型曲线的水水泵一般用在在闭式系统中中，且流量可可能会变化较较大。陡降型型曲线的水泵泵一般用在开开式系统中，，如扬程高和和流量相对稳稳定的冷却水水系统中。25平坦型与陡降降型水泵性能能曲线由水泵曲线的的斜率表现出出来的特点平坦型或陡降降型平坦曲线的水水泵当流量改变的的时候扬程轻轻微地变化适用于预期流流量不稳定的的闭式系统（（冷冻水循环环）陡降降曲曲线线的的水水泵泵当流流量量稍稍有有改改变变的的时时候候扬扬程程变变化化较较大大适用用于于扬扬程程变变化化较较大大时时要要求求恒恒定定流流量量的的开开式式系系统统（（冷冷却却水水系系统统））26管路路特特性性曲曲线线（闭闭式式系系统统））对于于一一个个给给定定的的管管道道系系统统，，阻阻力力损损失失会会随随着着通通过过管管道道的的流流量量的的变变化化而而改改变变。。这这个个阻阻力力特特性性画画在在压压头头与与流流量量图图上上就就被被称称为为““管管路路特特性性曲曲线线””。。它它可可以以根根据据下下面面的的方方程程绘绘出出。。Head2=Head1××(Flow2/Flow1)2因此此，，一一旦旦某某个个管管路路系系统统的的设设计计流流量量和和阻阻力力损损失失被被定定下下来来，，这这个个管管路路系系统统的的管管路路特特性性曲曲线线就就可可以以如如下下图图所所示示在在泵泵的的性性能能曲曲线线图图上上绘绘制制出出来来。。管路路特特性性曲曲线线与与泵泵性性能能曲曲线线的的交交点点定定义义为为管管路路系系统统的的““工工作作点点””。。27管路路特特性性曲曲线线（闭闭式式系系统统））管路路特特性性曲曲线线表表示示在在流流量量变变化化时时候候的的管管路路阻阻力力的的变变化化head2=head1××(Flow2/flow1)2管路路特特性性曲曲线线与与水水泵泵性性能能曲曲线线的的交交点点确确定定系系统统的的工工作作点点28管路路特特性性曲曲线线（开开式式管管路路））对于于一一个个给给定定的的管管道道系系统统，，阻阻力力损损失失会会随随着着通通过过管管道道的的流流量量的的变变化化而而改改变变。。这这个个阻阻力力特特性性画画在在压压头头与与流流量量图图上上就就被被称称为为““管管路路特特性性曲曲线线””。。它它可可以以根根据据下下面面的的方方程程绘绘制制。。Head2=Head1×(Flow2/Flow1)2因此，，一旦旦某个个管路路系统统的设设计流流量和和阻力力损失失被定定下来来，这这个管管路系系统的的管路路特性性曲线线就可可以如如下图图所示示在泵泵的性性能曲曲线图图上绘绘制出出来。。当管路路“敞敞开””时的的不同同之处处在于于当流流量为为零时时泵的的压头头不为为零－－这是是由于于开式式管路路的不不平衡衡压头头造成成的。。管路特特性曲曲线从从这个个不平平衡压压头和和零流流量开开始。。换句句话说说，这这个不不平衡衡压头头加到到了每每点计计算出出的系系统压压头上上。管路特特性曲曲线与与泵的的性能能曲线线的交交点定定义为为管路路系统统的““工作作点””。29管路特特性曲曲线(开式式系统统)管路特特性曲曲线表表示在在流速速变化化时候候的管管路阻阻力的的变化化head2=head1××(Flow2/flow1)2]开式系系统的的不平平衡扬扬程（（H））是附附加的的管路特特性曲曲线与与水泵泵性能能曲线线相交交在开开式系系统更更高的的工作作点30水泵的的功率率有效功功率：：是产生生水泵泵总压压头所所需要要的功功率HP=（（GPM××8.33（lb/gal））×Hd（（ft）/33,000=（（GPM××Hd）/3960轴功率率：电机必必需提提供给给泵运运行的的功率率。BHP=（有效效功率）/（泵的全全效率）泵的效率是是由制造厂厂商实验确确定的。31水泵的功率率有效功率：：水泵需要能能量以克服服从排出口口到吸入口口的总阻力力静压头损失失＋摩摩擦损失＋＋速度度水头(通常被忽忽略)=(Gpm××8.33lb/gal×总总水头)/33,000=(Gpm×总总水头)/3960轴功率：马达输送功功率＝流动动功率/水水泵效率效率由测试试决定32水泵的规格格制造厂商制制造不同系系列的泵。。同一系列列中所有的的水泵都有有相似的水水力性能特特征。泵壳被做成成各种尺寸寸，通常用用它们排出出接管的尺尺寸分类。。吸入管总总是比排出出管大一号号。为了提提供不同的的使压头和和功率，不不同直径的的叶轮被安安装在给定定尺寸的机机壳里。泵的性能以以泵的性能能曲线表示示出，它以以加仑/分分钟为单位位的流量对对应以英尺尺为单位的的压头（在在不同的叶叶轮直径下下）。此曲曲线是给定定转数及电电机的。轴轴功率和效效率曲线也也给出了。。因此，对于于一个给定定的转数，，运行在一一个要求的的扬程下，，任何人可可以选择泵泵的尺寸，，叶轮的直直径，然后后确定必需需的轴功率率。33水泵的规格格系列产品有相似的性性能特性对于系列：：壳体不同叶轮直径变变化在固定的转转速下运行行典型曲线压头对转速速不同的直径径功率和效率率曲线34水泵的选择择范围从泵的曲线线来看，最最高效率区区是泵的选选择的目标标（MET）。MET位于泵泵的运行压压头范围的的中间。MET因此此被认为是是100％％设计流流量选择点点。根据MET要求，制制造厂商推推荐泵应在在不低于67％的的MET和和不高于115％％的MET范围内运运行。给出出范围是必必要的，因因为泵的套套壳和叶轮轮尺寸在同同一型号下下不是无穷穷的，设计计者可能不不得不选择择一个不是是正好符合合工作要求求的流量和和压头的泵泵。如果有人想想知道在MET的哪哪一侧来选选择泵，那那应该是在在MET的的左边。管管道系统的的阻力计算算是基于积积累多年的的管子的粗粗糙度，设设计者倾向向于保守的的。实际安装装后，泵泵将遇到到比设计计要小的的阻力，，工作点点将在它它的性能能曲线上上向右移移动，输输送比设设计更多多的流量量。因此此，选择择在MET的左左边可以以缓解这这种现象象。35水泵的选选择范围围找到水泵泵的最高高效率点点（MEP）在水泵扬扬程的中中点选择设计计流量在在MEP＝100％％处最小流量量：67％MEP选择趋向向此方向向扬程通常常过高在水泵启启动时会会流量过过大而非非降低实实际压头头最大流量量：115％MEP36相似定律律水泵给予予水速度度，然后后把速度度转换成成压力，，它的运运转根据据一组““相似定定律”。。这些定律如如下所示：：1-流量量与转速成成正比。2-流量量与叶轮直直径成正比比。3-压头头与转速的的平方成正正比。4-压头头与叶轮直直径的平方方成正比。。5-轴功功率与转速速的立方成成正比。6-轴功功率与叶轮轮直径的立立方成正比比。这些定律在在估计一个个已知的泵泵在不同转转速或不同同叶轮直径径下的性能能时是非常常有用的。。如果相似律律用于计算算在一个管管路系统中中由于改变变泵的速度度或叶轮直直径导致的的新情况，，它先假定定系统阻力力特性曲线线是已知的的。系统阻阻力会以抛抛物线形式式随着流量量平方的变变化而变化化。37相似定律流量：Q2=Q1(N2/N1)Q2=Q1(D2/D1)扬程：H2=H1(N2/N1)2H2=H1(D2/D1)2功率：B2=B1(N2/N1)3B2=B1(D2/D1)3式中：Q=以GPM为单位位的流量N=转速RPMD=以英寸寸为单位的的叶轮直径径H=以英尺尺为单位的的扬程B=轴功率率可用于当改改变水泵速速度或叶轮轮直径时预预测水泵的的新性能38水泵选择过过程下列对对各步步骤的的归纳纳，有有在这这次培培训中中已经经学过过的，，也有有一些些新的的。水水泵的的正确确选择择步骤骤如下下：1-确确定定被输输送液液体是是冷冻冻水还还是热热水。。2-根根据据设备备选择择来确确定每每一负负荷的的流量量。3-综综合合所有有负荷荷的流流量以以获得得泵的的总流流量。。4-对对泵泵的循循环，，确定定最不不利环环路泵泵在输输送总总流量量时必必须提提供的的扬程程。5-根根据据总扬扬程和和流量量，根根据制制造厂厂商的的泵性性能曲曲线来来选择择泵。。A）对对于有有控制制阀的的闭式式系统统选择择平坦坦型曲曲线的的泵，，使负负荷减减少时时使系系统压压头的的变化化最小小。B）对对开式式系统统选择择一陡陡降型型曲线线的泵泵。这这类系系统往往往除除了管管道损损失还还有一一个额额外的的不平平衡压压头需需要克克服。。因此此，陡陡降型型曲线线的泵泵可以以在恒恒定流流量下下提供供高扬扬程。。6-绘制制管路特性性曲线以确确定所选泵泵的最终工工作点。A)确定轴轴功率B)校核：：如果实际际系统阻力力比预计的的小，实际际轴功率是是多少。这会使电机机超载吗？？C)据此选选择电机39水泵选择过过程确定水泵输输送的是冷冷水还是热热水从设备选型型中找到输输入GPMs找出总的输输送GPM确定环路中中的最不利利环路计算阻力据厂商资料料选择水泵泵平坦型曲线线的水泵用用于有控制制阀的闭式式系统陡峭型曲线线的水泵用用于开式系系统确定最终工工作点检查启动条条件根据情况选选择配套电电机40选型实例我们已经根根据各末端端负荷确定定了流量，，计算了最最不利环路路的阻力，，将通过已已知流量和和压头来学学习泵的选选择过程。。如下叶所示示的一个闭闭式管路系系统，在300GPM通过管管路系统时时有35ft.wg的损失失。1）选择一一台能胜任任的泵（型型号，叶轮轮尺寸寸，转数））。2-）确定定被选择泵泵的工作点点和叶轮。。泵的选择：：使用下一页页的泵性能能曲线图，，我们选择择7AR，1750RPM的泵。。*使用7英英寸叶轮*3.5HP轴功率率核对％MET(67%到115％)*在35ftMET=350GPM*在300GPM时的%MET(300/350)=86%(符符合)剩下问题是是最终工作作点在那里里。我们需需要的点在在两种叶轮轮尺寸之间间。我们可可以让制造造厂商来切切削叶轮，，或者我们们可以让叶叶轮保持7英寸，对对照管路特特性曲线来来分析。417AR-1750RPM的的水泵42最终工作点点7英寸叶轮轮的水泵性性能曲线和和管路特性性曲线的相相交点就是是最终工作作点。我们管路的的阻力是35ft，，流量是300GPM。因因此，我们们能计算这这一点两边边的任两点点，连接它它们，通过过绘图可以以找到泵的的最终工作作点。在250GPM时,压头=35×（（250/300））2=24.2在350GPM时,压头=35×（（350/300））2=47.8我们现现在画画出两两个新新的点点，连连接它它们及及要求求的工工作点点（即即35ft和300GPM点点）。。最终终工作作点即即泵的的性能能曲线线和管管路性性能曲曲线的的交点点，在在37.5ft和315GPM处处。要要求的的轴功功率是是3.8HP。。现在，，让我我们看看看当当实际际阻力力比我我们预预计的的小时时，泵泵在启启动时时会发发生什什么。。管路路特性性曲线线会降降低，，平衡衡点会会沿泵泵性能能曲线线向右右移。。沿着7英寸寸叶轮轮的性性能曲曲线右右一移移，可可以看看到泵泵的最最大功功率会会达到到3.9HP。。所以，，我们们选择择一个个4或或5马马力的的电机机，无论是自选还还是标准配置置，电机永远远不会超载。。43最终工作点管路特性曲线线扬程=35ft@300GPM@250GPMft=35×(250/300)2=24.2@350GPMft=35×(350/300)2=47.8绘制新的系统统点并且连接接最终工作点315GPM37.5ft扬程3.8BHP检查过载最大BHP=3.9，，7”叶轮轮挑选4或或5BHP的马达44控制阀的影响响当两调节阀门门开始节流，，管道环路