（环境工程专业论文）基于实测的中央空调系统水泵选型和节能分析.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 对1 0 个中央空调工程的2 1 台水泵运行工况进行实测，根据实测数据计算水泵的运行 工况，将水泵的设计流量和实测流量、额定工况效率和实测效率进行比较，结果表明，有 9 个工程的1 9 台水泵实测流量大于设计流量，平均增幅达2 2 ；这1 9 台水泵实测效率均 低于额定效率，平均降幅达2 5 4 5 。 将1 9 台水泵( 实测流量大于设计流量的1 9 台水泵) 额定工况与合理工况的进行对比， 结果表明，这1 9 台水泵额定工况相比于合理工况，流量增幅平均为1 1 3 8 ，扬程增幅平 均为9 8 2 5 。这说明，造成水泵实测流量大于设计流量的主要原因是所选水泵的扬程过大。 通过分析表明，水泵选型时应尽可能选择陡降型性能曲线的水泵，可以有效减少因选型过 大而造成的能量浪费。 水泵选型偏大造成的结果是水泵效率降低、流量增大、水泵能耗增加。通过实测能耗 与合理工况能耗之间的比较可知，对1 9 台测试水泵而言，假设水泵流量确定在正确范围 内，选型时扬程平均偏大1 ，运行能耗就平均增加1 2 6 。 对于现有的系统，如果采用节流的方式实现系统的设计流量，则各工程水泵能耗都可 以有一定程度的降低。针对1 9 台水泵进行节流调节，经过计算表明，1 9 台水泵的效率都 有所提高，节流工况效率相对于实测效率的平均增幅达2 2 4 2 ；1 9 台水泵的功率都有所 减少，节流工况功率相对于实测功率平均减少7 1 6 。 关键词：中央空调；水泵；实测；选型；节能分析 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n so f 2 1w a t e rp u m p si nt h e10c e n t r a la i rc o n d i t i o n i n gp r o j e c t sw e r e m e a s u r e d ，a c c o r d i n gt ot h em e a s u r e dd a t a , a n dc a l c u l a t i n gt h ea c t u a lc o n d i t i o n so fp u m p s ，t h e n c o m p a r e dt h er a t e df l o wa n dm e a s u r e d ，r a t e dc o n d i t i o n se f f i c i e n c ya n dm e a s u r e d ，a n dt h er e s u l t s s h o w e dt h a t ，19p u m p si n9p r o j e c t s ，t h em e a s u r e m e n tf l o ww e r eg r e a t e rt h a nt h ed e s i g nf l o w , t h ea v e r a g eg r o w t hw a s2 2 t h e s e19p u m p s m e a s u r e de f f i c i e n c yw e r el e s st h a nt h er a t e d ，t h e a v e r a g ed r o pw a s2 5 4 5 f o rt h e s e19p u m p s ，r e l a t i v et ot h er e a s o n a b l ew o r k i n gc o n d i t i o n ，t h ef l o wu n d e rt h er a t e d c o n d i t i o n sa v e r a g ei n c r e a s e sb y11 3 8 ，h e a dt or i s eb ya na v e r a g e9 8 2 5 t h i ss h o w st h a t ，t h e m a i nr e a s o n ，m e a s u r e df l o wg r e a t e rt h a nd e s i g nf l o wi st h a tt h eh e a do ft h es e l e c t e dp u m pi st o o l a r g e t h ea n a l y s i ss h o w e dt h a tw es h o u l ds e l e c tp u m p so fs t e e pd r o pt y p ep e r f o r m a n c ec u r v ea s f a ra s p o s s i b l e ，s oc a ne f f e c t i v e l yr e d u c ee n e r g yw a s t e ，w h i c hi sc a u s e db ye x c e s s i v ef o r s e l e c t i o n a sar e s u l to ft h ee x c e s s i v es e l e c t i o n , t h ep u m p e f f i c i e n c yi sr e d u c e d ，a n dt h ef l o wi n c r e a s e s ， p u m pe n e r g yc o n s u m p t i o ni n c r e a s e d t h r o u g he n e r g yc o n s u m p t i o nc o m p a r e di na c t u a lc o n d i t i o n a n dr e a s o n a b l ec o n d i t i o n ，w ek n o wt h a t ，f o rt h e s e19p u n p s ，a s s u m i n gt h ep u m pf l o ww i t h i nt h e s c o p eo ft h er i g h tt od e t e r m i n ep u m ph e a d ，t h ea v e r a g ei n c r e a s eb y1 ，o p e r a t i o nc o n s u m p t i o n o nt h ea v e r a g ei n c r e a s e1 2 6 f o rt h ee x i s t i n gs y s t e m ，t h r o u g ht h ew a yr e a l i z a t i o nb yt h r o t t l i n gt h ed e s i g no ft h es y s t e m , f o re a c hp r o j e c t ，t h ep u m pe n e r g yc o n s u m p t i o nc a nb er e d u c e dt oac e r t a i ne x t e n t a i m e da t19 p u m p sb yt h r o t t l i n ga d j u s t m e n t ，t h r o u g hc a l c u l a t i o ns h o w st h a t ，t h ee f f i c i e n c yo ft h ep u m p sh a v e i m p r o v e d t h ea v e r a g ei n c r e a s eb y2 2 4 2 r e l a t i v et ot h em e a s u r e de f f i c i e n c y a n dt h ep o w e ro f t h ep u m p sh a v er e d u c e d ，t h ea v e r a g er e d u c eb y7 i6 c e n t r a la i rc o n d i t i o n i n g p u m p m e a s u r e m e n t s e l e c t i o n e n e r g y - s a v i n ga n a l y s i s 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 课题背景与研究意义 1 1 1 课题背景 在现代社会发展形势下，能源为经济的发展提供了巨大的动力，但由于各种原因，能 源的发展往往滞后于经济的发展。近几年，中国国民生产总值的增长率维持在8 以上， 而能源的增长率只有3 4 ，能源日益短缺，这势必要求我们在各个方面做到节能。而 建筑能源消耗占社会总能耗的比例较大，一般为3 0 4 0 【l 】。所以建筑节能是建筑发展 的基本趋势，也是当代建筑科学技术一个新的生长点。而暖通空调作为现代建筑的重要组 成部分，也受到这种趋势的影响。随着经济发展和人们生活水平的提高，对生活环境舒适 度的要求也越来越高，中央空调系统被越来越多的应用到生产和生活当中。为了创造舒适 的室内空调环境，必然会消耗大量的能源。暖通空调能耗是建筑能耗大户，已有统计数据 表明我国暖通空调能耗占总能耗的比例高达2 2 7 5 蜊2 1 ，由此可见暖通空调的节能在建筑节 能工作中占有十分重要的地位。 在中央空调系统中，能耗主要由以下3 部分组成：冷热源、水泵和风机等动力输送系 统、空调机组及末端设备。水泵作为输送设备中的重要组成部分，运行时的效率和能耗直 接影响到整个系统的运行能耗。据统计，在中央空调系统中，水泵能耗在总能耗中的比例 达到了1 5 2 0 【2 】，在地源热泵等空调系统中，这个比例可能更高。同时值得重视的是， 我国中央空调系统工程中，水泵实际有效运行效率平均仅为4 5 左右，与其额定效率有较 大的差距。因此水泵由于效率低下而导致耗能过大的问题不容忽视。当前国家大力倡导创 建节约型社会，许多水泵的新型节能技术应运而生，而在研究新技术的同时，人们也注意 到水泵在实际运行中，由于选型不当等原因，造成水泵处于“大流量、低效率、高功耗”的 运行状况。 1 1 2 研究意义 1 ) 通过对中央空调工程水泵运行工况的大量实测调查，以了解水泵的实测流量相对 于设计流量的偏离程度、水泵实测效率相对于额定效率的偏离程度。 2 ) 在实测结果的基础上，通过计算确定水泵的合理工况，并将水泵的额定工况与合 理工况进行比较，分析出水泵选型中存在的问题及其严重程度。 3 ) 通过水泵实测能耗与合理工况能耗的比较，分析由于水泵选型不当所造成能耗增 加的程度。 4 ) 对于实测流量大于设计流量的系统，采用节流的方式实现系统设计流量，并通过 计算了解水泵在节流工况下的能耗变化。 通过以上实测结合计算的工作达到如下目的：1 指出水泵选型存在的主要问题，以此 引导和推动水泵的合理选型；2 说明水泵的正确选型对水泵节能的重要性，以提高人们对 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 水泵正确选型的重视程度；3 指出对现有的系统，是否存在既能实现设计流量，又可以减 少能耗的技术措施，以指导水泵的实际运行。 1 2 水泵在中央空调工程中的应用及存在的问题 1 2 1 水泵的发展及分类 水泵是输送液体或使液体增压的机械，它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液 体，使液体能量增加。在1 9 世纪末，因为高速电动机的发明，离心泵性能的优越性得到 了空前的发挥，其效率也在不断地发展中大大提高，直到现在，离心式水泵已经成为产量 最大、应用最广的一种水泵。 水泵通常按工作原理分可以分为容积式水泵、动力式水泵和其他类型水泵，如射流泵、 水锤泵、电磁泵、气体升液泵。水泵除了按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。 例如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分 为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。 1 2 2 水泵在中央空调系统中的应用 在中央空调系统中，常用的水泵有单级单吸清水离心泵和管道泵两种。当系统所需流 量较大时，一般采用单级双吸离心泵。对于高层建筑供暖、空调系统及锅炉的定压、补水、 给水泵，要求是“高扬程、小流量”，所以一般采用多级泵。 近几年，水泵的变频调速技术被频繁应用在中央空调系统中，相比于原来的工频水泵， 变频水泵能够非常方便的调节配电机转速，实现当前系统所需要的流量和扬程。而且水泵 的变频调速可以通过程序和模块来实现控制，既能节省人力和财力，也能减少水系统中一 些不必要的调试阀门。 1 2 3 水泵在选型和运行中存在的问题 当前国内中央空调系统中，广泛存在水泵能耗过高、效率偏低等运行状况，主要原因 是水泵设计选型方面的不合理，表现在以下两个方面。 1 ) 设计选型偏大。即水泵因选型过大而导致水泵实际运行能耗偏高。水泵在设计选 型过程中，其流量、扬程等参数是按照设计时建筑的需要进行选取的，一般是通过机组的 制冷量来确定水泵的设计流量、通过最不利环路的水力计算来确定水泵的合理扬程，本身 就会有计算误差的存在，而设计师往往会在此基础上乘以一个安全系数后再进行选型，这 样一来，误差就进一步放大，很容易使得最后水泵选型偏大。此外，部分工程师为了简便 计算，水泵的流量和扬程只是根据经验来进行估算，往往导致水泵最后的选型严重偏大。 选型偏大导致水泵在运行时，无法处于其最佳运行工况点，根据水泵性能曲线，必然会引 起水泵运行效率大大降低，而使水泵实际功率增加。同时水泵流量偏大后，实际运行中又 要依靠关小阀门的开度来减小流量，局部阻力部件的损耗会再次增加水系统总能耗。以上 的原因造成了水泵时常处于“大流量、低效率、高功耗”的运行情况。 武汉科技大学硕士学位论文 第3 页 2 ) 设计选型偏小。选型偏小的情况虽属少数，但也不容忽视，因为这样会导致两个 方面的问题：一是系统循环流量的减少可能会影响供热和空调的质量；二是水泵的效率会 因此降低。这两者都会使系统的熊耗增大。逶过相关文献可知p 】，在对小区供暖系统进行 实测时，发现部分供暖系统的水泵选型偏小，实际流量小于设计流量，实际运行工况点严 重偏离设计工况点，导致水泵运行效率只有5 0 左右。 除此之外，有些工程中水泵的运行方式也存在闷题。在实测过程中，有部分工程采用 变速泵和定速泵并联运行，在采取此种运行方式时，运行人员往往只注意到这种连接方式 可以使水泵的流量减夸，却忽视了更重要的一点，帮在这种运行情况下，定速泵和变速泵 的运行效率都会不同程度的降低，从到导致运行的功耗反而更大。从水泵性能曲线的分析 可知，这样“一变一定”的方法是很不可取的，若两台水泵都进行交频控剑，使二者在运行 时都保持在高效率区，才能达到节能的效果。所以“一变一定”的运行方式表面上看起来是 节能的，但实际却是消耗了多余的能量。 1 3 国内外研究现状 由于水泵节能的空闻较大，近年来关予水泵和系统匹配性方藿的研究也缀多，国外对 于这一点的研究要比国内更早。一方面是对于水泵选型软件的开发，通过对产品资料数据 库进行不断的补充和完善，使褥水泵在选型时能更好的与系统匹配，一方面能达到高效运 行的目的；另一方面又能改进水泵的变频调速技术，提高变频调速技术的操控性，使运行 管理人员能快速准确地改变水泵运行工况点，适应生产生活需要。除此之外，还有部分厂 家在外爱变频器方面也进行了研究，井置变频器可以在现有工程上进行比较方便的改造， 以实现控制水泵运行达到合理工况点的目的。 近几年我国大力倡导节能减排，发展水泵方面的节缝技术和措施，很多学者和研究人 员在这一领域取得了不错的成果。与本论文研究内容相关的人员及研究成果有： 1 ) 清华大学的刘兰斌、付林和江亿等人对6 个小区集中供热系统的1 7 台水泵的电耗、 实际运行效率、循环流量进行了实测，分析了造成小区集中供热系统输配能耗较高的原因， 结合实例计算了备种能耗损失的大小和所占比例，并给出了小区集中供热系统实际需求耗 电量指标j 。 2 ) 刘晓梅以离心风机为例对流体离心增压机械的选型问题进行了分析，主要是对于 单机选型、并联选型和串联选型这三方面进行分析，并运焉性能盐线的图例来解释选型中 必须精确计算管网的工作情况p 1 。 3 ) 江西科技师范学院的董哲生指出目前一些设计人员在设计空调水系统时水泵流量 和扬程计算方面的错误，并根据水泵性能曲线和管路特性曲线的匹配性来分析选型不当时 造成的能量损失i 别。 4 ) 上海交通大学的侯志坚、连之伟等人分绍了根据最大流量和次不利环路阻力损失 选择水泵的新方法，并通过理论和实例分析证明，在一定条件下，该方法相比传统的根据 最大流量和最不利环路阻力损失选择水泵的方法要节能 6 1 。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 5 ) 浙江省医药工监设计院的何晓犁对中央空调系统中冷水泵的选型闻题进行了分析， 列举了实际工程中存在的一些问题，并从设计人员的角度对这些问题加以分析，提出解决 的撼施。文章还对水系统的环路平衡问题和滴溜问题进行了分析，提出避免或者减轻冷凝 水滴漏的一些措施【n 。 6 ) 孙剑、王强等人在相关文献中介绍了水泵变频调速技术的原理和特点，对变频器 的外置和集成两种安装方式进行了比较和分析，最后通过计算交频调速水泵在工程应用中 的实际能耗，表明了变频调速技术的优越性【8 】。 综上所述，基蓠针对中央空调系统中水泵的节能研究主要是在两个方蘧：一方面是铁 水泵的选型角度出发，在计算设计流量和合理扬程时，一定要力求准确，才能最大限度的 保证水泵和系统的匹配性，提离水泵运行时的效率；另一方瑟是从水泵运行调节方式的角 度来考虑，改进变频调速的技术，以此达到节能的目的。但是，大量的对中央空调工程中 水泵进行实测，并在此基础上分析造成水泵能耗偏高的原因、提出相关的调节方式进行节 能方面的文献还比较少，所以本文对武汉地区的中央空调工程进行水泵运行工况的实测， 并通过实测数据来进行选型和节能分析，对于水泵在这一方面的节能性研究进行了补充和 完善。 1 4 本文的主要工作 本文主要工作包括以下4 个方面： 1 ) 对l o 个中央空调工程水泵运行工况进行实测，根据测试结果给出实测流量相对于 系统设计流量的偏离情况，以及实测效率褶对于额定效率的镳离情况。 2 ) 全负荷工况下水泵的额定工况相对于系统合理工况的偏离，主要是流量的偏离和 扬程的偏离，通过比较的结果来说明水泵在选型上厦存在的闽题，并对水泵选型方蘧提出 一些建议。 3 ) 根据实测得到的水泵实测工况，计算在同一管路下系统的合理工况。比较水泵的 实测工况和合理工况，主要是功率的偏离和效率的偏离，逶过比较，表明因选型问题造成 水泵的运行能耗偏高，并经过计算得出水泵合理选型相比实测的节能效果。 4 ) 对现有系统进行节流调节，计算出经过节流调繁蓐水泵麴节能效果。 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 第二章水泵运行工况的实测方法 2 1 水泵的性能参数 水泵作为输配系统中一种利用外加能量输送流体的流体机械，其主要结构部件是叶轮 和机壳，机壳内的叶轮固装于由原动机拖动的转轴上，当原动机带动叶轮旋转时，机内流 体便获得能量。水泵的主要性能参数如下。 1 ) 流量 水泵的流量即单位时间内通过水泵出口的水量或单位时间内水泵抽送液体的数量，用 q 表示，单位是m 3 胛。 2 ) 扬程 水泵的扬程是指水泵所输送的单位重量流量的流体从进口至出口的能量增值，即单位 重量流量的流体在经过水泵后自身增加的有效能量。扬程用h 表示，单位是“m ”。 3 ) 轴功率 水泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用n 表示， 单位是 k w ”。 4 ) 效率 水泵的效率指的是其输出功率与输入功率的比值，即泵的有效功率和轴功率之比，一 般表示水泵输入能量被流体的利用程度，用t 1 表示。 5 ) 转速 水泵的转速指的是泵轴每分钟的旋转次数，用n 表示，单位是“r m m 。 2 2 水泵的运行工况 2 2 1 水泵的性能曲线 水泵的性能曲线是由实验测定的q 、h 、q 、n 等数据标绘而成的一组曲线。水泵的特 性曲线图是由水泵的制造厂家所提供，供使用部门在对水泵进行选型和操作时作为参考。 水泵的性能曲线可作为选择水泵的依据，确定水泵的类型后，再依流量和扬程来选择水泵。 水泵的q h 曲线一般有以下3 种类型，见图2 1 。 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 h ( n 9 图2 1 水泵3 种q - h 曲线示意图 ( 1 ) 平坦型，随着流量的变化扬程变化幅度较小； ( 2 ) 陡降型，随着流量变化扬程产生较大的变化； ( 3 ) 驼峰型，当流量从零增加时，相应的扬程最初上升，达到最高值后开始下降。这种 性能曲线的泵，在某些运行条件下会出现运行不稳定的情况。 2 2 2 管路的特性曲线 管路的阻力是由沿程阻力和局部阻力所组成，水泵的扬程主要是为了克服沿程阻力损 失和局部阻力损失。沿程阻力损失指的是沿程阻力引起的能量损失，除去管道进出口、弯 头和阀门等处外，其余直管段都会产生沿程阻力；局部阻力损失指的是局部阻力引起的能 量损失，一般在管道进口出口处、弯头和阀门等处，都会产生局部阻力。本课题在对实测 数据进行分析后，根据合理工况来对水泵进行节流调节，即加设阀门或者改变已有阀门开 度，使调节后的流量达到设计流量的大小，这是通过改变系统管路特性曲线来改变系统的 流量。管路特性曲线用下式表示： h = j l l + 跑2 式中日流体通过水泵的能量增值；j j l 系统的静扬程，即背压； s 管路系统的阻抗；q 系统流量。 根据系统中流体通过泵或风机的能量增值是否全部用于克服管路阻力，可以分为有背 压系统和无背压系统，在不同的系统下，管路特性曲线也不同。在实测中，测试的系统主 要为无背压系统，没有变速装置和压差控制，管路特性曲线遵循h = 跑2 这个表达式。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 2 2 3 水泵的运行工况 h ( m ) 图2 2 水泵的运行工况点示意图 将水泵的性能曲线和管路特性曲线按同一比例画在一张坐标图上，见图2 2 ，其中曲 线a 为水泵性能曲线，曲线b 为管路特性曲线，两者的交点c 即为水泵在这个管路系统中 运行时的工况点，其对应的q c 和h c 分别为其运行过程中的实际流量和扬程。在水泵的选 型中，在满足水泵设计流量和合理扬程的前提下，尽可能的要使水泵的运行工况点处于效 率曲线c 最高点所对应的工况点上，这样才能使水泵的运行达到高效率和低能耗。 2 3 水泵的并联运行工况 当单台水泵不能满足输送任务时，需要进行水泵串并联运行。串联可以显著增加系统 总扬程；并联可以显著增加系统总流量。水泵的串联在工程中用得较少，而水泵的并联运 行在实际工程中运用非常广泛。 水泵的并联运行存在相同型号和不同型号两种情况。因为要考虑水泵并联时的平衡问 题，当两台不同型号水泵并联运行时，其中型号较小水泵的扬程有可能处于最大值，而流 量则降到了很小的值，这样过于频繁的变化会使水泵产生喘振现象，使水泵电动机即可温 度升高，严重时还会使叶片损坏，对系统的运行造成极大的影响。因此在水泵并联运行过 程中，应尽可能选择型号相同或者接近的水泵进行并联。在实测过程中，测试的工程全部 为2 台或者2 台以上水泵并联运行，所以下面对水泵并联运行时的工况点进行分析。 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 图2 3 水泵并联工作时的工况点示意图( 相同型号) 水泵的设计流量与合理扬程所决定的工况称之合理工况。图2 3 以两台水泵并联运行 为例，给出了水泵额定工况、实测工况以及合理工况的示意图，并联台数为两台以上的情 况可以此类推。图2 3 中，a 为水泵并联运行时的合理工况，也即系统的合理工况，a l 为 并联运行时单台水泵的合理工况；b 为水泵并联运行的额定工况，b i 为并联运行时单台水 泵的额定工况；c 为水泵并联运行时的实测工况，c l 为并联运行时单台水泵的实测工况。 2 4 水泵工况的实测与计算 水泵流量可以通过实测直接获得，其余工况参数要通过实测数据的计算才能得到。 2 4 1 水泵工况参数的实测 1 ) 流量测试 用梅克罗尼p f s e 型超声波流量计测出水泵的实际流量，根据所测试管段的管径来确 定流量计探头的捆绑方式，对于那些不方便测试或者难以找到直管段的工程，可以根据机 房监控屏来记录流量数据。 在实测过程中，一些工程机房内没有直管段能满足测试条件，或者超声波流量计本身 测试灵敏度不够，这都会导致在实测过程中无法通过仪器准确测量出水泵的运行流量。因 此就要利用以下两种方法来获得水泵此时的运行流量值：a ) 根据机房的监控系统来读取系 统流量；b ) 根据水泵的实测扬程，在水泵样本曲线上查出在此扬程下水泵的流量。 以1 号工程中的1 号水泵作为例子进行比较说明。根据管理机房中监测系统中水泵流 量的实时监测，取1 分钟内1 0 次水泵流量的平均值，可知水泵运行流量为6 7 4 8 3 m 。 再根据图2 4 中水泵的性能曲线进行查找，已知此时单台水泵实测扬程为2 7 2 1 m ，在 水泵性能曲线上找到单台水泵运行工况点c l 点，根据坐标轴可知c 1 点的流量值为 6 7 1 5 m 3 1 1 ，和实时监测所记录的流量值几乎相同。因此当实测过程中不能直接测得水泵流 量时，可以先测试水泵运行时的扬程，再根据性能曲线图来查找出此时水泵的运行流量值。 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 i j klb 弋y 薹 毫 。g 警再 = = l c 卜j 一溉 i 7 。j 厂fl i 。爹，a l _-_ i i ：q ( 1 图2 4 水泵的运行工况点不意图( 1 号工程1 号水泵) 2 ) 扬程测试 记录水泵进出口压力表读数并测量进出口压力表的水平高度，测量出水泵进出口的水 管管径。 3 ) 功率测试 用电功率表在配电柜测出水泵所对应的三相数据。 2 4 2 水泵工况参数的计算 1 ) 水泵扬程计算 假设水泵进出口为l - 1 和2 2 计算断面，那么这两个计算断面的扬程分别为骂和巩， 根据能量方程，水泵的扬程日计算公式可以表示为： 日：( h 2 - h 。) + 照型+ 唾型 ( 2 1 ) p g j z g 式中最、罡水泵进出口压力表读数，m p a ；骂、h 2 水泵进口距离地面高度，m ； r l 、水泵进口速度，m s 。 其中进出口流速k 、屹计算公式为： v ：笺 ( 2 2 ) 式中y 流速，m s ；q 水泵实测流量，所3 h ；d 水管管径，m 。 2 ) 水泵功率计算 根据水泵的三相视在功率分别乘以各自的功率系数，可以得到每一相的有功功率，再 | | | | | | | | | | | | | | 3rfp 卜卜_ 一| | | | 1h 。- kl_ | | 第l o 页武汉科技大学硕士学位论文 把三相有功功率相加就能到其运行功率，水泵的功率可以表示为： n = 鼻+ 最+ 只 ( 2 3 ) 式中鼻、最、b 水泵对应配电柜中每一相的有功功率。 3 ) 水泵效率计算 在前面提到过，水泵的效率指的是水泵的有效功率和轴功率之比。水泵效率7 7 计算公 式可以表示为： 刁= 丝n = 器 ( 2 4 ) 式中q 水泵的实测流量，m 3 h ；水泵的实测扬程，m ； y 水的容重，堙i m 3 ；水泵的实测功率，k w 。 2 5 本章小结 1 ) 简述流量、扬程、轴功率、效率和转速这5 项水泵性能参数的定义。 2 ) 水泵的运行工况点是由水泵性能曲线和管路特性曲线相交所决定的，针对水泵并联 的运行方式，分析在运行过程中系统工况点的确定。 3 ) 简述测试中水泵流量、扬程和功率的实测方法；水泵的流量通过测试可知，扬程、 功率和效率需要通过相应公式计算才能得到。 武汉科技大学硕士学位论文第11 页 第三章中央空调工程水泵运行工况的实测 根据第二章介绍的水泵工况测试原理和方法，对1 0 个工程中2 l 台水泵的实测数据进 行整理，计算水泵的实测工况，并通过水泵设计流量和实测流量、额定工况效率和实测效 率的比较，分析以下两方面内容： 1 ) 全负荷工况下水泵实测流量相对于设计流量的偏离； 2 ) 全负荷工况下水泵实测效率相对于额定工况效率的偏离。 整个实测过程分为冬季工况测试和夏季工况测试，分别在一月份和六月份进行。测试 结束后，对中央空调系统中水泵相关的测试数据进行整理分析。其中冬季实测了2 个中央 空调工程，共4 台水泵；夏季实测了8 个中央空调工程，共1 7 台水泵。 3 1 某商业大楼中央空调工程 3 1 1 工程简介 该工程是位于市中心的某商业大楼，机房在大楼旁边休闲会所的地下一层，机房内共 有3 台循环水泵，2 用l 备，3 台循环水泵型号相同。测试当天大楼供暖系统在全负荷工 况下运行。 1 ) 测试时间：2 0 1 0 年1 月2 1 日。 2 ) 水系统设计总流量：g = 1 1 2 0 m 3 h 3 1 2 实测结果 水泵铭牌参数见表3 1 。 表3 1 水泵铭牌参数表 流量配用功率 电机频率汽蚀余量转速 型号 扬程( m ) 备注 ( m 3 m )( k w )( h z ) ( m )( r m i n ) x a l 0 0 4 0 b6 0 04 0 59 05 03 7 1 4 5 02 台运行 水泵流量测试结果见表3 2 。 表3 2 水泵运行流量测试表 水泵测试 尺寸( m m ) 材料 捆绑方流量 备注 编号次数 管道管肇管壁管壁内衬材流体 式 ( m 3 1 1 ) 外径厚度内衬材料料类型 测量时上游 1 舟 l6 3 01 00 钢无内衬水反射式 6 7 2 3 距离探头为 26 3 01 0 0 钢无内衬 水 对角式 6 9 8 8 2 0 倍直径， 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 下游距离探 36 3 01 0o钢无内衬水对角式6 5 3 4 头为1 0 倍 46 3 01 00钢 无内衬 水反射式6 6 0 5 直径。 2 拌56 3 0 1 00 钢无内衬 水 对角式 6 9 6 4 66 3 01 0 0 钢无内衬水对角式6 7 8 3 水泵扬程测试结果见表3 3 。 表3 3 水泵扬程实测表 水泵编 测试次数 进出口压力表高度 进口压力表读数 出口压力表读数 备注 号 差( m )( m p a ) ( m p a ) 1o 2 lo 9 31 2 0 l 撑2o 2 l0 9 4 1 2 l 水泵进出口 30 2 00 9 41 2 l 压力表均装 设在离水泵 l o 2 00 9 31 2 l 进出口不远 处。 2 样2o 2 0o 9 31 2 2 3 0 2 l0 9 31 2 l 水泵功率测试结果见表3 4 。 表3 4 水泵功率实测表 水泵 相数 交流电压交流电流频率有功功率功率因数 电能 时间( s ) 编号 ( v )( a )( h z ) ( k 、聊( p f )( k w h ) 第一相2 2 6 51 7 2 25 0 o 2 8 5 2 o 8 9 00 4 7 5 6 0 l 撑 第二相 2 2 5 5 1 7 3 i 4 9 92 8 8 20 8 8 20 4 8 06 0 第三相 2 2 6 01 7 0 14 9 92 8 7 30 8 9 20 4 7 9 6 0 第一相2 2 6 11 7 1 85 0 2 9 4 70 8 8 70 4 9 16 0 2 撑 第二相 2 2 5 81 7 2 34 9 92 9 2 l0 8 9 90 4 8 76 0 第三相2 2 6 01 7 1 14 9 92 9 6 70 8 9 1 0 4 9 56 0 3 1 3 水泵工况参数计算 根据测试所得的数据，计算水泵的流量、扬程、功率和效率。这里以l 号水泵为例进 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 仃计算。 水泵实测流量计算： q c l ：( 6 7 2 3 + 6 9 _ 8 8 + 6 5 3 4 ) ：6 7 4 8 3 m 3 j j l 水泵进出 2 1 速度计算： k = 孑4 q = 瓦丽4 x 再6 7 4 丽8 3 丽= 3 8 2 肌j k = 棚4 0 ：= 瓦丽4 x 面6 7 4 丽8 3 丽= 3 8 2 朋j 水泵实测扬程计算： 日= 帆训+ 幽p g + 掣地2 + 掣1 0 0 0 + o - 2 7 引册 z g 坼。；堕坐里型：2 7 2 1 研 水泵实测功率计算： n c l = 只+ 最+ 只= 2 8 5 2 + 2 8 8 2 + 2 8 7 3 = 8 6 0 7 k w 水泵实测效率计算： 瑁矿盟：巫：9 8 x 1 0 0 0 x 6 7 4 8 3 x 2 7 2 1 ：5 8 0 3 ” n1 0 0 0 以 1 0 0 0 x 8 6 0 7 x 3 6 0 0 水泵额定工况效率计算： = 等= 丽7 q b i h b i = 篙筹一s o 舶 水泵设计流量计算： 伤l ：鱼：辈：5 6 0 m h 同理也可以计算出2 号水泵的实测工况参数、设计流量和额定工况效率。 3 1 4 水泵设计流量和实测流量、额定工况效率和实测效率的比较 i 号、- 2 号水泵的实测工况、额定工况及设计流量见表3 。 表3 5 水泵的实测工况、额定工况及设计流量 水泵编 号 工况 流量( m a h )扬程( m )功率( k w )效率( ) 合理工况5 6 0 l 撑 额定j 二况6 0 04 0 58 1 8 l8 0 7 9 实测工况6 7 4 8 32 7 2 l8 6 0 75 8 0 3 第1 4 页武汉科技大学硕士学位论文 合理t 况 5 6 0 2 撑 额定工况6 0 0 4 0 58 1 8 l8 0 7 9 实测工况 6 7 8 4 02 8 5 48 8 3 55 9 6 l 毒。车i ：# i 窭崮 r r 1 t ：i t r i l iii； ll h 。b o h 喜锚o l - ，l 一一一一 i - 二导一 一一i 嵫p ；缸l 。 一；奠犁 i ”1 ；il 盈x ! 主! 二 一饿 一 q j k 。： 一t 一 ：二翌 啄- i i ”_ r i ! = = _ 一 ll t 少 一j l 一万“f 穗一f 一 鞯 t 一、_ 卜 i l 、 a i t 3 i l - 、舯； 。_ j _ k 一 套一己一 l l i l 。一 i； l 毒 “； i 1 1 0 一 州 _ 一 一如一 ll l； ll 4 0 0 18 0 01 2 0 01 6 0 02 0 0 0 q ( r n 3 h ) 图3 11 号水泵的工况点分布图 在图3 1 中，a 为2 台水泵并联运行时的合理工况，即系统的合理工况，a 1 为并联运 行时单台水泵的合理工况；b 为2 台水泵并联运行的额定工况，b l 为并联运行时单台水泵 的合理工况；c 为2 台水泵并联运行时的实测工况，c l 为并联运行时单台水泵的实测工况。 可以明显看出单台水泵实测流量6 7 4 8 3m 3 h 要大于设计流量5 6 0 m 3 h 。表3 6 列出了水 泵设计流量和实测流量、额定工况效率和实测效率的比较情况。 表3 6 水泵设计流量和实测流量、额定工况效率和实测效率的比较 实测流量和设计流量的比较实测效率和额定工况效率的比较 水 实测流量设计流 实测效 额定工 泵 实测流叠q f 一设 博! ! 缆( ) 率 额定工况效率叩。一实测效率( ) 编 。( m 3 脚 量q 刎 设计流量包 况效率 额定工况效率 ( m 3 m )刁c 。( )刁引( ) 号 1 样6 7 4 8 35 6 0 0 02 0 5 l5 8 0 38 0 7 9 2 8 1 8 2 群 6 7 8 4 05 6 0 o o2 1 1 45 9 6 l8 0 7 92 6 2 2 3 2 武昌某车站中央空调工程 3 2 1 工程简介 该工程是位于武昌地区的某大型车站，机房在车站地下一层，机房内共有3 台循环水 ；_；i-；叶；呻；tiol； ；，：t!；一：了； 一 ： 一，；了：；一|：一；、j二裹鬻撩 4 8 2 6 o 4 8 2 6 一、 弘船乾弘孔侣侄6 o ， h m、- 武汉科技大学硕士学位论文第1 5 页 泵，2 用l 备，3 台循环水泵型号相同。测试当天车站供暖系统在全负荷工况下运行。 1 ) 测试时间：2 0 1 0 年1 月2 7 同。 2 ) 水系统设计总流量：q a = 5 8 0 m 3 h 3 2 2 实测结果 水泵铭牌参数见表3 7 。 表3 7 水泵铭牌参数表 流量 配用功率电机频率汽蚀余量转速 型号 扬程( m )备注 ( m j 伽( k 、聊 ( h z ) ( m )( r m i n ) n p l 5 0 3 1 5 v 4 5 43 1 03 44 55 02 81 4 5 0 2 台运行 水泵流量测试结果见表3 8 。 表3 8 水泵运行流量测试表 水泵测试 尺寸( r a m ) 材料 捆绑方流量 编号次数 管道管壁管壁管壁 内衬材 流体 式 ( m 3 脚 备注 外径厚度内衬材料料类型 l2 2 65 50 钢无内衬水反射式3 5 7 6 l 群2 2 2 65 50钢无内衬水反射式3 4 4 6 测量时上游 距离探头为 32 2 65 5o 钢无内衬水反射式 3 5 1 8 2 0 倍直径， 下游距离探 l2 8 05 5o 钢无内衬水反射式3 5 2 4 头为1 0 倍 2 撑22 8 05 50 钢无内衬水反射式3 4 9 8 直径。 32 8 05 5 0 钢 无内衬 水 反射式 3 4 8 1 水泵扬程测试结果见表3 9 。 表3 9 水泵扬程实测表 水泵编进出口压力表高度 进口压力表读数出口压力表读数 号 测试次数备注 差( m ) ( m p a )( m p a ) 水泵进出口 lo 0 6 o 2 8 0 5 2 压力表均装 l 20 0 6 o 2 80 5 0设在离水泵 进出口不远 3o 0 6o 2 90 5 0 处。 2 撑 lo 0 60 2 70 4 9 第1 6 页武汉科技大学硕士学位论文 2 0 0 6o 2 8 o 5 l 30 0 60 2 7o 5 0 水泵功率测试结果见表3 1o 。 表3 1 0 水泵功率实测表 水泵 相数 交流电压 交流电流 频率 有功功率 功率因数电能 时间( s ) 编号 ( v ) ( a ) ( h z )( k w )( p f ) ( k w h ) 第一相 2 2 5 7 5 1 9 65 0 o 1 3 5 l0 8 8 7 0 2 2 5 6 0 l 群第二相2 2 6 45 1 2 44 9 91 4 1 40 8 9 90 2 3 66 0 第三相 2 2 6 2 5 1 1 85 0 01 3 6 5 0 8 9 10 2 2 86 0 第一相2 2 6 25 1 8 75 0 01 3 9 30 8 8 20 2 3 26 0 2 群 第二相2 2 5 75 1 6 64 9 91 4 1 20 8 8 70 2 3 5 6 0 第三相2 2 5 75 1 3 74 9 91 3 7 50 8 9 50 2 2 96 0 3 2 3 水泵工况参数计算 根据测试所得的数据，计算水泵的流量、扬程、功率和效率。这里以1 号水泵为例进 行计算。 水泵实测流量计算： 婢。：(3576+3446+3518)：35133聊3h 3 水泵进出口速度计算： k ：掣：旦黑：1 7 1 所s 刀d 3 1 4 x0 2 7 3 6 0 0 k ：翼：皇翌塑 ：1 7 l m s 。刀巧3 1 4 0 2 7 3 6 0 0 水泵实测扬程计算： 日：，一目) + 照型- i 吲：o 0 6 + 丛兰业+ o ：2 4 0 6 聊 、 ” 店 2 9 1 0 0 0 水泵实测功率计算： 水泵实测效率计算： 日c i一( 2 4 0 6 + 2 2 0 6 + 2 1 0 6 ) 3 = 2 2 3 9 m n c i = 只+ 只+ b = 1 3 5 1 + 1 4 1 4 - i - 1 3 6 5 = 4 1 3 k w 武汉科技大学硕士学位论文第1 7 页 ”百n e = 勰= 罴箦笋硼剐 水泵额定工况效率计算： 水泵设计流量计算： 盟n = 盟1 0 0 0 n b ! = 瓷筹娟粥 q 。= 导= 孚：2 9 0 m 3 h 刀z 同理也可以计算出2 号水泵实测工况参数、设计流量和额定工况效率。 3 2 4 水泵设计流量和实测流量、额定工况效率和实测效率的比较 1 号、2 号水泵的实测工况、额定工况及设计流量见表3 1 l 。 表3 1 1 水泵的实测工况、额定工况及设计流量 水泵编 工况 流量( m 3 m )扬程( m )功率( k w )效率( ) 号 合理工况 2 9 0 1 群 额定工况3 1 03 43 7 57 6 4 5 实测工况 3 5 1 3 32 2 3 94 1 35 1 8 l 合理工况 2 9 0 2 撑 额定工况3 1 03 43 7 57 6 4 5 实测工况 3 5 0 1 02 2 7 34 1 8 05 1 7 8 第1 8 页武汉科技大学硕士学位论文