喷射泵简介.doc

北京市建筑工程研究院有限责任公司分布组合式可调喷射泵供热系统北京市建筑工程研究院有限责任公司2012年2月第一章 分布组合式可调喷射泵供热系统介绍第一节 技术背景 水力平衡调节是供热系统节能改造的基础和前提，进行热力平衡调节的最终目的是达到热力平衡，从而实现按需供热，节能降耗。现有供热系统由于管径匹配不合理、各用户所需热负荷不同、热用户呈现多样化、系统阻力不是恒定不变的等情况存在，造成系统普遍存在热力失衡、用户冷热不均的现象。而目前系统普遍使用的静态平衡阀、自力式压差（流量）控制阀、散热器恒温调节阀都有自身的缺点，造成供热系统热力失衡、大流量小温差问题得不到妥善解决，致使目前供热系统电能、热能浪费巨大。第二节 热力失调产生的原因l 管径匹配不合理供热系统所用管道规格是有级的，如：DN80、DN100等。而通过热负荷及水力计算所得的管道规格是无级的，如DN86、DN98，设计均会选用同一规格的管道，如DN100，因此管径不能合理匹配是热力失调产生的主要原因。l 热用户呈现多样化一方面，采暖方式已呈现多样化，如暖气片采暖、地板采暖、空调暖风采暖等；另一方面，围护结构也呈现多样化，有未节能建筑、一步节能建筑、二步节能建筑、三步节能建筑等。在同一供热系统中，多样化的热用户同时存在，而目前传统的水力平衡调节，因其无法提供不同的供水温度，故根本不能、也无法满足不同的热用户要求，故也无法实现按需供热。l 系统阻力不是恒定不变的一般供热厂或锅炉房，初末寒期供回水温度低，供回水温差小（如供水温度50，回水温度45）；严寒期供回水温度高，供回水温差大（如供水温度60，回水温度50）。由于供回水温度及温差发生变化，从而导致整个系统的阻力发生变化，水力工况随之也发生改变，主要表现在以下几个方面：a.供回水温差增大，上升管与下降管内的流体密度差增大，系统自然循环的动力增大，系统阻力减小。反之，则系统阻力增大。此现象在高层楼房中尤为明显。b.供回水温度升高，系统管件膨胀，系统阻力减小。反之，则系统阻力增大。c.供回水温度升高，管道受热膨胀，管径增大，由材料力学理论可知：供热管道属薄壁管，受热膨胀时，管道内表面所受热应力和管道内流体压力的共同作用，其粗糙度减少，光洁度增加。由流体力学可知：流体附着层减薄，即相当增加了流体的流通面积，系统阻力减小。反之，则系统阻力增大。d.供回水温度升高，故其流体粘度减小，系统阻力减小。反之，则系统阻力增大。由此可知：由于供回水温度及温差发生变化，从而导致整个系统的阻力发生变化，水力工况随之也发生改变，所以供热系统的阻力不是恒定不变的。严寒期，由于供回水温度升高、温差增大，系统阻力减少，根据水泵“流量扬程”曲线和系统阻力曲线图可知：系统工作点向右下偏移，循环泵的流量会稍有增加，其扬程会稍有下降。近端因主管线路短，虽循环泵的扬程有所下降，但其仍有足够的预留压头，且其支路系统阻力已减少，所以其流量会显著增加。而远端因主管线路长，主管流量增加后，压力损失增大，随着循环泵的扬程下降，其预留压头显著降低，从而导致远端流量减少。故严寒期常常出现近端过热而远端不热的现象，所以一般供热厂和锅炉房都采取在初末寒期开小泵（或少数泵），而严寒期开大泵（或多数泵）的措施来解决此问题。第三节 传统热力失调的解决办法及缺陷l 大马拉小车在各种水力平衡调节措施出来之前，解决用户之间冷热不均的有效方法是采用大泵或多开水泵加大循环流量。众所周知，采用该种措施的弊端是循环流量增加大大增加了水泵电耗，大流量造成的近端过热现象明显，开窗现象的存在造成了能源的极大浪费。但其在一定程度上是减弱了热力失调的问题。l 静态平衡阀静态平衡阀一般安装在室外过热支路上，室外过热支路通常是离热源较近的支路，其流量调节靠人工手动完成。由于供热系统的供回水温度及温差是经常变化的，事实上供热系统的阻力也是经常变化的，静态平衡阀是以“静态”对系统的“动态”，故静态平衡阀只能对室外管网进行粗调节，且无法实现变流量、恒温差（量调节）运行。热用户楼内各干管及进户支管往往因施工、操作、调试、经济等方面的原因而无法安装静态平衡阀，所以热用户楼内的垂直失调和水平失调往往难以从根本得以解决。l 自立式压差控制阀自立式压差控制阀一般安装在供暖面积会增加的室外支路上，也可安装在室外过热支路上，其原理是：支路供回水压差一定，局部流量即可限定；其结构是：由弹簧力来平衡压差力。“压差一定，流量即可限定”的前提是系统阻力不变，而事实上系统阻力是变化的，故其流量实际上是不能限定。由于供暖环境潮湿，弹簧易受潮生锈；同时如弹簧的材质差或热处理工艺有问题，弹簧往往容易产生蠕变，使其应力发生松弛，故时间稍长时，弹簧力就会发生改变，原设定的压差就会变化，其流量也会随之发生变化。l 自立式流量控制阀自立式流量控制阀一般安装在供暖面积不会增加的过热支路上，其原理是：设定阀内进出处压差，保持流量不变；其结构是：由弹簧力来平衡压差力。这样在一定程度上可以保持流量不变，但无法解决楼内各干管因系统阻力发生变化而引起的垂直失调和水平失调问题。同时因弹簧力发生变化，原设定的流量也会改变。l 散热器恒温调节阀散热器安装恒温调节阀要求安装条件比较苛刻，因原有的供热系统多采用单管顺流，为了适应散热器恒温调节阀的安装需要，须将其改为双管系统、单管跨越系统、水平式系统，则需对原有室内供热系统做较大的改动，初投资较大，实行难度大。我国采暖季结束后，供热系统中的水任其自然泄漏，不再补水，系统内有空气，且软化水质量没有保障（有些甚至直接用自来水、地下水补水），因此管道、阀门、散热器等内部易生锈结垢；我国三十多年来国民经济持续高速发展，基础建设可以说日新月异，新建楼房不断增加，供热系统中因施工带入的泥沙、焊渣等杂物较多，且散热器温控阀本身孔径小、阻力大，故易阻塞，故障率非常高。基于目前我国的国情及供热系统的现状，如实行“小流量、大温差”运行模式，则散热器温控阀流通面积会更小，阻塞率、故障率会更高。用散热器温控阀进行水力平衡调节时，在某种程度上能起一定作用，但其本身全开时的阻力就很大（阻力系数达18.0左右，DN15闸阀阻力系数为1.5），且调节时又不同程度地关小了阀门，形成了较大的阻力元件，增加了被调管路的阻力，造成现有管道资源的巨大浪费，增加了循环泵的电耗。l 混水泵由于热用户楼内系统存在水平失调和垂直失调问题，而目前又无有效的技术手段予以解决，因此热用户楼内系统宜采用“大流量、小温差”运行模式；而分布式变频技术又为管网输配提供了“小流量、大温差” 运行模式。要将此两项运行模式有机地结合起来，发挥各自的优势，实现最大限度的节能，自然而然便可推出在热用户楼前管道井内加装混水泵。但是该项技术有待解决的问题如下： a.热用户楼前管道井的电源问题。 b.热用户楼前管道井的扩建问题。 c.混水泵的振动问题。 e.混水泵的噪音问题。 f.热用户楼前管道井防水问题，包括供热系统本身的管道漏水及渗水问题、自来水及污水系统管道漏水及渗水问题、下雨天及下雪天的漏水、渗水及排水问题等。 g.投资成本（高）问题。 h.运行管理（难）问题。 i.运行成本（高）问题。 j.设备安全问题。综上，大马拉小车能耗很高；静态平衡阀、自力式控制阀均只能实现外网的大致平衡，用户内部分支繁多，无法一一调节，楼内失调问题突出而无法解决，系统阻力元件的增加使得能耗增加；温控阀要想实现调节有两个条件，一是用户的素质很高，当室温高于20度时不去开窗呼吸新风而是关小阀门，二是热计量收费得以完全落实。对于第一种情况，我们无法要求所有人都做到，大家都喜欢新鲜空气；对于第二种情况，热计量改革政府一直在主导推行，由于制度不完善，触及供热公司和用户的利益而举步维艰，再加上温控阀质量良莠不齐，无法真正起到调节作用，相反，系统阻力的增大造成电耗增加；混水泵存在着诸多运行隐患和问题。我公司提供的喷射泵简单可靠无运动部件，能恰当的解决好上述问题，在不增加电耗和热耗的情况下，同时解决外网水力平衡和楼内用户之间的平衡，克服了大马拉小车的缺点又充分利用了大马拉小车的优势，供热公司可在减少能耗的同时提高用户满意度，提高收费率。第四节 喷射泵系统介绍1、喷射泵的优点（见下图）l 无需电源，无漏电、触电隐患；l 无运动部件，寿命可达1020年；l 无振动、无噪音，不扰民；l 结构简单、紧凑，安装方便；l 工作可靠，不需备件、免维修；l 全封闭、无泄漏。 实物图片：2、喷射泵工作原理 喷射泵是由喷嘴、吸入室、混合管和扩散器四部分组成，结构见（图一），喷射泵的工作流体与被引射流体均为水。喷射泵工作原理是：从管网供水管进入喷射泵的高温水在其压力作用下，由喷嘴高速喷射出来，以亚音速冲入吸入室，动能增加，压力下降，形成低压区，由于吸入室的压力低于用户混水管的压力，可将用户系统的一部分回水吸入并一起进入混合管。在混合管内两者进行混合，再进入扩散器。在渐扩型的扩散器内，混合水的流速逐渐降低而压力逐渐升高，当压力升至足以克服用户系统阻力时被送入用户供热系统。喷射泵压力、流速变化曲线见图一所示。图一3、分布组合式可调喷射泵供热系统介绍 分布组合式可调喷射泵供热系统的核心技术是：在热用户楼前管道井内加装喷射泵，使热用户楼内系统保持“大流量、小温差”运行模式，而直供或间供二次管网输配采用“小流量、大温差” 运行模式。该系统解决了现有供热系统存在的问题，并降低直供或二次系统循环泵运行电耗，间接提高热源侧的运行效率，达到节电、节煤、节气的目的。 其经济指标：节电50%以上，节热10%以上；投资回收期12年；运行管理成本节省50%以上。其原理图见图二。图二4、分布组合式可调喷射泵供热系统特点a.分布每个热用户前均需加装喷射泵，在一定条件下也可几个热用户共用一个喷射泵。b.组合（见图三）新建楼房且入住率不高（低于50%）等情况下，可以并联安装两个（或三个）喷射泵。图三c.调节功能c1.自动调节功能（见图四）由喷射泵本身独特的性能可知：在正常工作范围内，喷射流量基本与加在喷射泵上的压差（外网压差-热用户楼内阻力）成正比；引射流量基本与热用户楼内阻力的平方成反比。例如：外网压差设定为20m；热用户楼内阻力为5m，即加在喷射泵上的压差为20-5=15m，此时喷射流量为15m3/h，引射流量为15m3/h，混合流量（热用户楼内总流量）为30m3/h。若热用户楼内阻力变为6m（少数住户关闭或住户散热器温控阀调节后），则喷射流量变为15(20-6)15=14m3/h，引射流量变为15(56)2=10.4m3/h，混合流量变为14+10.4=24.4m3/h。由此可知：热用户楼内住户变化不大的情况下，喷射泵本身即能自动调节供热量；喷射泵本身这种自动调节功能可兼容散热器温控阀，实现按需供热；而自立式流量控制阀与散热器温控阀不兼容，二者是矛盾的、对立的。图四c2.线性等比（正比）量调节功能因管网输配为“小流量”，管网阻力小，水压曲线非常平缓，类似于电力输配系统“铁线变铜线”，故通过循环泵变频调节可使所有喷射泵基本实现线性等比例量调节（参看图五），热源供回水温差不变，所有喷射泵的喷射流量（供热量）均线性等比增加（或减少）。由此可知：喷射泵这种功能可使供热系统实现恒温差运行，进行线性等比“量”调节。喷射泵这种线性等比量调节功能，传统水力平衡调节技术希望实现、而又无法实现。图五第五节 各种水力平衡调节技术特点及经济性能比较1、各种水力平衡调节技术经济性能比较表序号对比内容静态平衡阀恒温调节阀混水泵系统喷射泵系统1热用户建筑类型北京民用一步节能建筑平均耗热量28.84W/m2最高耗热量39.73W/m2平均煤耗22.27(5500)kg/m2设计水流量3.5kg/(h*m2)用户供回水最大温差102供暖系统类别间供（热交换站）二次系统3供暖面积100000m2（单栋楼供暖面积按5000m2计算）4实际供暖期140天5安装位置楼前管井内户内散热器楼前管井内楼前管井内6节电率%（基数为55kW）181858677节热率%（统计数）81212128单方改造投资（元/m2）0.65849单方年节资（元/m2）1.512.142.732.8510投资回收期（年）0.42.342.931.42、 各种水力平衡调节技术特点比较表序号对比内容静态平衡阀恒温调节阀混水泵系统喷射泵系统备注1投资回收期13321-最小，3最大2施工难度13323调试难度31324运行管理成本12315故障率13316出事故的概率11317运行不稳定性13218更换频率23219增加供暖面积对其影响311110是否能提供不同的供水温度11000-能，1-不能总计可实施性15212312数值越大表示越综合评价越低通过以上数据得出：分布组合式可调喷射泵供热系统是目前供热系统节能改造的最佳选择！第二章 节电、节热原理第一节 节电原理1、循环泵运行功率P、运行流量G、运行扬程H的关系 P=*g*G*H/（1）由（1）式可知：循环泵运行功率（P）与循环泵运行流量（G）、循环泵运行扬程（H）成正比，即： PG(2) PH(3)2、供热系统总压力损失p与运行流量G的关系 p=(py+pj) =Rl+(v2/2) =(l/d+) (v2/2) =(l/d+) (/2)G2/(900d2)2 =6.2510-8(l/d+) /(d4)G2 （4）由（4）式可知：供热系统总压力损失（p）与运行流量（G）的平方成正比，即： pG2(5)3、循环泵的运行流量G =供热系统流量G(6)4、循