总工在线 | 教你认识采暖系统中水泵的选型、故障判断及维修

《热泵市场》杂志文_海立睿能/唐智钧水泵是空气能采暖系统中重要组成部分，本期总工在线从两部分全面阐述水泵，第一部分是从水泵原理、分类、作用、选型、常见问题等基础知识，第二部分是总工解疑，一对一回复经销商工程中遇到的实际水泵问题。地暖空调系统，一般说的是水系统居多，咱们今天要谈的是，就是以水为介质，以水为载热(冷)剂的地暖空调系统其中的水泵。地暖空调系统，由主机、管道、末端、控制四大件组成，其有两个心脏，其一为主机中的压缩机，其二为管道中的水泵。压缩机，主机系统自带；水泵，需要工程安装时进行选配和调试。一个好的水泵直接决定地暖空调系统的效果、可靠性、节能性、噪声等方面。以下主要从水泵原理、分类、作用，水泵的选型，水泵的安装，水泵在使用中常出现问题等几方面进行阐述。一、选择平坦性能曲线的离心泵水泵根据不同的工作原理可分为容积泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。地暖空调的泵都是叶片泵中的离心泵。

管道泵结构图离心泵的工作原理：离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提向高处的，故称离心泵。离心泵按结构区分为：管道泵(作为管路一部分，安装时无需改变管路)；屏蔽泵(叶轮与电动机转子联为一体，并在同一个密封壳体内，不需采用密封结构，属于无泄漏泵)；潜水泵；磁力泵；自吸式泵等形式。地暖空调系统用的最多的就是屏蔽泵和管道泵，屏蔽泵一般用在家用小户型采暖和空调上，管道泵一般用在集中供暖或大户型采暖空调上。

屏蔽泵结构图水泵的主要性能参数(流量Q、扬程H、转速n、功率P、效率η等)之间有一定的内在的关系，通常是用曲线的方法给出，这就是泵的性能曲线。实质上，泵的性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式。泵的性能曲线主要有流量-扬程曲线(Q-H)，流量-功率曲线(Q-P)，流量-效率曲线(Q-η)，如下图所示：

在性能曲线上，对于一个任意的流量点，都可以找出一组与其相对应的扬程、功率和效率值。通常，把一组相对应的参数称为工况点称为最佳工况点。泵在最高效率点运行是最理想的，但用户的要求是千差万别的，不一定和最高效率点下的性能相一致。为此，规定了一个范围(效率下降5%～8%为界)，泵在此范围内运行，效率下降不算太大，这个范围就是泵的工作范围(也称高效范围)。超出此范围时，效率低，不经济。常见的性能曲线有三种：1.平坦的性能曲线：这种性能曲线适用于流量调节范围较大，而压力变化较小的系统，也就是对扬程要求变化较小、流量变化要求相对较低的系统中。2.陡降的性能曲线：这种性能曲线适用于对流量的要求较高而压力的要求不高的系统中，一般像螺杆泵等都具有这种特性。3.有驼峰的性能曲线：有驼峰的性能曲线的泵在运行中可能会出现不稳定工况，泵出现噪音、震动等，一般是不允许出现的。地暖空调系统的循环泵一般选择具有平坦的性能曲线的离心泵。二、地暖系统水泵选型技巧地暖空调系统的水泵选型有三个方面：第一，确定水泵的使用环境温度和水介质的最高温度；第二，确定系统的最大流量和系统的最大扬程；第三，确定地暖空调系统的管道特性曲线图。1.水泵流量一般按冷负荷进行流量计算，再使用热负荷进行校核，如果校核偏小，就需要根据热负荷进行重新计算，取两者大的值。循环水流量通过下面公式计算：G=[Q/c(tg-th)]×3600式中：G-计算水流量，kg/h；Q-用户设计热负荷，W；c-水的比热，c=4187J/kg.℃；tg、th-设计供、回水温度，℃；2.水泵扬程通过下面公式计算：Hmax=△P1+△P2+0.05L (1+K)式中：Hmax-最大总扬程，m；△P1-为热泵主机水侧的水压降，m；△P2-为该环中并联的各占末端装置的水压损失最大的一台的水压降，m；L-为该最不利环路的管长，m；K-为最不利环路中局部阻力当量长度总和和与直管总长的比值，当最不利环路较长时K值取0.2～0.3，最不利环路较短时K值取0.4～0.6；0.05L，每米管道按0.05米阻力计算。3.地暖空调系统的管道特性曲线图的绘制，在供、回水端安装压力表，在管道上安装一个流量计。然后开启水泵，对水泵出口的阀门进行控制，分别记录：最小流量、一般流量、最大流量的供、回水压力和流量。再根据下列公式进行计算扬程和管路阻抗。计算管路扬程HH=h1-2=ΔP/ρg=(P1-P2)/ρg计算管路阻抗SKSK=H/Q2通过上面公式计算，得出最少三组的Q、H、SK的数据，并画出平滑的Q-H曲线图。通过上面1、2、3步算出系统的最大流量、最大扬程和管道特性曲线图后，就根据水泵的曲线图和管道特性曲线图就可以选择最适合的水泵了。

离心泵的工况点上图中R是管道特性曲线，H是水泵性能曲线，P是水泵输入功率曲线，η是水泵的效率曲线图，A点就是该系统最佳的运行点，qva就是该水泵的额定流量。三、采暖系统中水泵常见问题水泵选型好了，就是安装位置的选择，在环境许可的条件下，水泵应尽量安装在回水管上。水泵在系统运行中常出现的问题主要有以下几种现象：故障原因及解决无法启动首先应检查电源供电情况、接头连接是否牢靠、开关接触是否紧密、保险丝是否熔断、三相供电的是否缺相等；水泵发热原因是轴承损坏；吸不上水原因是泵体内有空气或进水管积气；剧烈震动主要有几个原因，电动转子不平衡；联轴器结合不良、轴承磨损弯曲、转动部分的零件松动和破裂、管路支架不牢等原因；电动机过热水泵运行的点不是最佳，偏移最佳点太多；汽蚀现象指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处的)的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降。显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。总之，水泵的选型是决定一个系统的可靠、节能的关键点，需要仔细计算和选择。四、总工释疑水泵难题1.两联供主机用一个缓冲水箱，循环是用一台水泵还是两台水泵?答：需要根据缓冲水箱的安装方式来看，如果是串联安装，循环是用一台水泵；如果是并联安装，循环水泵需要两台水泵。2.两台热泵，共用一个水泵，任何一台机组供电，水泵都能启动，这个接线方法是怎么样的?答：最安全的安装方式是两台热泵做成模块机组，水泵安装在主模块上，如果没有模块模式，水泵控制线分别接到两台主机的水泵接线端子上，就需要注意，L、N线不能接反，防止发生触电等现象。3.水箱在5楼楼顶，开式水箱，供4楼200平地暖，请问水泵怎么配?答：水泵采用供水方式安装，需要计算楼层高度的杨程和最不利管路的阻力。4.空气能地暖，2层楼共230平米，开式水箱，请问怎么选择地暖循环水泵?答：根据负荷选择水泵流量，扬程计算时需要加上楼层与水箱最大落差的高度。5.如果加缓冲水箱的话，地暖的循环水泵该用什么类型的，该怎么控制泵的启停，还是一直循环，直到地暖停用?答：加缓冲水箱与选择水泵的类型没有必然的联系，地暖的循环水泵的选择只跟流量、扬程、管道特性有关。地暖循环水泵的控制可以通过房间温控器来控制。6.十三层楼水箱水泵放置楼顶，垂直向下40米，带回水，回水为定时回水，需要选择多大扬程的水泵?先不考虑流量问题，单说扬程。答：3、4米扬程就行，计算水箱回水位置和供水位置的高度差，加上部分水管的沿程阻力。7.用户端13个末端，最远的风盘高度10米，水平距离到机组大概7米，厂家设备资料是流量是5.8，选多大的水泵?答：水泵扬程的计算，首先要找到最不利环路，并计算其阻力，最远的风盘不一定是最不利环路，按照最大阻力和最大流量来选择水泵，最好画出管道的特性曲线图，会更有利于找到最适合的水泵。8.闭式系统风机盘管4个，主管约60米长，主要为了采暖，屋子都比较小，4个风机总制热量3kw，应该选用什么泵，选多大的水泵?沿程阻力要算吗?答：沿程阻力依然要算。根据制热量算流量Q=0.5m3/h，查下主机和风盘的局部阻力，风盘是并联还是串联，是同程还是异程，根据最不利环路原则计算系统的最大阻力，就可选择水泵了。9.我有套系统用的三个130模块机，每套是独立的，水泵水温传感器也是独立的，每套模块机的出水上都做一个止回阀，下面的末端四分之一装有电动阀，这样做的目的就是减少水泵的能耗，不知这样做行不行啊?答：可以，最好根据总供水管和回水管的大小计算，防止出现水力不平衡的现象。版权：本文原载于《热泵市场》杂志2017年2月刊。