水泵的一些術(shù)語
流量：水泵的流量通常用加侖/每分鐘來表示 gallon/s(gpm)
壓頭：水柱底部承受的壓力通常用水柱高度（英尺）來表示
凈吸入壓頭：水泵的凈吸入口的壓力要達(dá)到防止產(chǎn)生氣蝕的要求。
氣蝕：如果系統(tǒng)中任何一個(gè)地方的水壓力低于水的蒸發(fā)壓力，溶解的空氣會(huì)從水中放出變成氣泡。流到壓力高的地方，氣泡會(huì)破裂。氣泡的形成和破裂稱為氣蝕現(xiàn)象，常發(fā)生在水泵的進(jìn)口端。當(dāng)氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，它常使水泵產(chǎn)生運(yùn)行噪聲、損壞葉輪、產(chǎn)生水擊。必須避免這種現(xiàn)象。
流量：體積流量表達(dá)為加侖/每分鐘。
壓頭：壓力通常用水柱高度表示，一般是用英尺做單位。
確定水泵的壓頭
泵的壓頭被分為吸入壓頭和輸出壓頭。水柱是有重量的。當(dāng)系統(tǒng)是開式系統(tǒng)時(shí)水泵必須克服以上壓頭。下面介紹的是在不同情況下，如何確定水泵的總壓頭。水泵的吸入水頭等于吸入靜壓、作用在被抽吸水面上的壓力、管路的沿程阻力和動(dòng)壓頭的總和。輸出壓頭的組成同樣。不過，水泵吸入口的壓頭組成是關(guān)鍵。它取決于吸入管路和吸入面是高于還是低于水泵的中心線。
從以下幾個(gè)方面來看這種影響。
1.吸水池在泵的中心線下
2.吸入面高于水泵中心線
3.確定排出壓頭-可能排出到水池中
4.防真空器-下垂管插入水池中
以下情況是管路系統(tǒng)中應(yīng)該注意的。這可能發(fā)生在冷凝器的管路中。如果下垂管的長(zhǎng)度H大于35英尺，大氣壓力不能夠承擔(dān)如此高度水柱的壓力，一些水將落在水池中，在管路的頂部形成真空。
當(dāng)水泵再啟動(dòng)時(shí)，管道內(nèi)的真空被迅速破壞，從而形成水擊。水擊會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，對(duì)管路和冷凝器造成破壞。
為避免此現(xiàn)象，在排出管的立管最高處安裝一個(gè)防真空器。當(dāng)水泵停止運(yùn)行時(shí)，H高的水柱都落在水池中。當(dāng)水泵再啟動(dòng)時(shí)，再充滿管道。
安裝防真空器后，水泵啟動(dòng)時(shí)，其排出段的壓頭是H2。
5.防真空器-排出管置于水池中
6.吸上真空高度：NPSH-Net postive suctionhead
NPSH是要求水泵不產(chǎn)生氣蝕的最小壓力值。
當(dāng)水中出現(xiàn)氣泡并迅速破裂時(shí)就產(chǎn)生了氣蝕。如果吸入吸入段的壓力低于蒸發(fā)壓力就會(huì)產(chǎn)生氣泡。氣泡在水泵葉輪之前產(chǎn)生。水的壓力會(huì)使氣泡迅速破裂，并且產(chǎn)生噪聲，損壞葉輪。必須避免這種現(xiàn)象。
水泵性能曲線
臥式殼體分離式水泵
下圖表示了臥式殼體分離式雙吸泵。這種泵通常在1150RPM或1750RPM轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。
軸承位于軸的末端，方便維修。泵能被完全拆開而不影響管道系統(tǒng)。因?yàn)樗畯膬蓚€(gè)末端進(jìn)入泵，不要求末端止推裝置。
它的缺點(diǎn)是外殼的鑄造有些復(fù)雜，且需要兩個(gè)填料盒。同時(shí)，由于軸在葉輪的吸入口占據(jù)一定空間；在兩軸承支撐之間的長(zhǎng)度較大，軸的直徑必須增加以保證第一臨界速度在運(yùn)行速度之上。這兩個(gè)因素導(dǎo)致了入口損失的加大。
但無論如何，它的高效是顯而易見的，很多工程師都偏愛這種型號(hào)的泵。
單吸水泵
下圖表示一臺(tái)單側(cè)吸入水泵，也叫垂直對(duì)開殼泵。這種泵也被歸于“組合泵”。電動(dòng)機(jī)和泵是一個(gè)組合體。這構(gòu)成了一個(gè)緊湊且不太昂貴的泵——甚至在較大的容量下。它的電動(dòng)機(jī)和泵軸是特殊設(shè)計(jì)的。
電動(dòng)機(jī)和泵可改變?yōu)楦髯杂袉为?dú)的機(jī)殼，通過一個(gè)軸連接，安裝在同一基礎(chǔ)上。這方便了標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的使用。
在任何情況下，當(dāng)要打開單吸泵進(jìn)行維修時(shí)，管道系統(tǒng)都必須與之切斷連接。盡管只有一個(gè)填料盒，但還是難以觸及。
流體進(jìn)入葉輪入口時(shí)沒有阻抗，進(jìn)口損失很小。
這類泵通常與4極或2極60Hz的電機(jī)配對(duì)，轉(zhuǎn)速為1750或3500RPM。
水泵的密封
下圖表示了填料環(huán)和機(jī)械軸封防制液體沿泵軸的滲漏。填料環(huán)要求沿著軸有持續(xù)的少量流體滲漏用以軸承的冷卻和潤滑。如果填料蓋壓得太緊，泵軸會(huì)留下劃痕且滲漏將不受控制。維修昂貴且麻煩。
如果一個(gè)帶有填料環(huán)的泵在低于大氣壓下抽吸，低壓誘導(dǎo)水進(jìn)入填料中心附近的水封環(huán)將變成必須的。在這種情況下，水的滲漏流動(dòng)既進(jìn)入泵的抽吸，又沿著泵軸出來。假如被抽吸的水是干凈并且沒有泥沙的話，它能被用管道從泵輸送到填料環(huán)。否則，密封水必須來自一個(gè)外部加壓調(diào)節(jié)的水源。
機(jī)械軸封可以防止所有的滲漏，除了可以忽略的蒸發(fā)量，所以泵的排水管不是必需的。無論如何，通過泵的流體一定要保持供給軸承。否則，泵將會(huì)過熱導(dǎo)致?lián)p壞。機(jī)械軸封在市場(chǎng)上很受歡迎。
水泵的材料
通常的空氣調(diào)節(jié)規(guī)范要求鑄鐵泵殼和青銅葉輪。泵軸可以是不銹鋼或低碳鋼，青銅或陶瓷的軸套覆蓋所有的與水接觸的部分。
軸承幾乎都用滾珠軸承。為了用于特殊的情況，泵可以用多種的特殊的材料。
如：空調(diào)用：鑄鐵水泵外殼，青銅葉輪，不銹鋼軸或低碳鋼軸，青銅或陶瓷軸套覆蓋水與軸接觸的區(qū)域，滾珠軸承；
特殊用途：按需要選擇材料。
水泵的性能曲線
泵性能的典型特性通過下面的圖表描述出來。揚(yáng)程－流量曲線是由制造廠商通過固定轉(zhuǎn)數(shù)、葉輪尺寸和外殼尺寸的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)得出的。
對(duì)于離心泵，當(dāng)流速增大時(shí)，它的揚(yáng)程逐步減小。
平坦型與陡降型水泵性能曲線
水泵的性能可以更進(jìn)一步通過水泵的性能曲線的斜率表現(xiàn)出來。表示為平坦型或陡降型。平坦型曲線的水泵一般用在閉式系統(tǒng)中，且流量可能會(huì)變化較大。陡降型曲線的水泵一般用在開式系統(tǒng)中，如揚(yáng)程高和流量相對(duì)穩(wěn)定的冷卻水系統(tǒng)中。
管路特性曲線
1.閉式系統(tǒng)
對(duì)于一個(gè)給定的管道系統(tǒng)，阻力損失會(huì)隨著通過管道的流量的變化而改變。這個(gè)阻力特性畫在壓頭與流量圖上就被稱為“管路特性曲線”。它可以根據(jù)下面的方程繪出。
Head2 = Head1× (Flow2 / Flow1 ) 2
因此，一旦某個(gè)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量和阻力損失被定下來，這個(gè)管路系統(tǒng)的管路特性曲線就可以如下圖所示在泵的性能曲線圖上繪制出來。
管路特性曲線與泵性能曲線的交點(diǎn)定義為管路系統(tǒng)的“工作點(diǎn)”。
2.開式管路
對(duì)于一個(gè)給定的管道系統(tǒng)，阻力損失會(huì)隨著通過管道的流量的變化而改變。這個(gè)阻力特性畫在壓頭與流量圖上就被稱為“管路特性曲線”。它可以根據(jù)下面的方程繪制。
Head2 = Head1× (Flow2 / Flow1 )2
因此，一旦某個(gè)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量和阻力損失被定下來，這個(gè)管路系統(tǒng)的管路特性曲線就可以如下圖所示在泵的性能曲線圖上繪制出來。
當(dāng)管路“敞開”時(shí)的不同之處在于當(dāng)流量為零時(shí)泵的壓頭不為零－這是由于開式管路的不平衡壓頭造成的。
管路特性曲線從這個(gè)不平衡壓頭和零流量開始。換句話說，這個(gè)不平衡壓頭加到了每點(diǎn)計(jì)算出的系統(tǒng)壓頭上。
管路特性曲線與泵的性能曲線的交點(diǎn)定義為管路系統(tǒng)的“工作點(diǎn)”。
水泵的選擇
1.水泵的功率
有效功率：
是產(chǎn)生水泵總壓頭所需要的功率
HP =（GPM×8.33（lb/gal）×Hd（ft）/33,000=（GPM×Hd）/3960
軸功率：
電機(jī)必需提供給泵運(yùn)行的功率。
BHP = （有效功率）/（泵的全效率）
泵的全效率是由制造廠商實(shí)驗(yàn)確定的。
2.水泵的規(guī)格
制造廠商制造不同系列的泵。同一系列中所有的水泵都有相似的水力性能特征。
泵殼被做成各種尺寸，通常用它們排出接管的尺寸分類。吸入管總是比排出管大一號(hào)。為了提供不同的壓頭和功率，不同直徑的葉輪被安裝在給定尺寸的機(jī)殼里。
泵的性能以泵的性能曲線表示出，它以加侖/分鐘為單位的流量對(duì)應(yīng)以英尺為單位的壓頭（在不同的葉輪直徑下）。此曲線是給定轉(zhuǎn)數(shù)及電機(jī)的。軸功率和效率曲線也給出了。
因此，對(duì)于一個(gè)給定的轉(zhuǎn)數(shù)，運(yùn)行在一個(gè)要求的揚(yáng)程下，任何人可以選擇泵的尺寸，葉輪的直徑，然后確定必需的軸功率。
3.水泵的選擇范圍
從泵的曲線來看，最高效率區(qū)是泵的選擇的目標(biāo)（MEP）。MEP位于泵的運(yùn)行壓頭范圍的中間。MEP因此被認(rèn)為是100 ％設(shè)計(jì)流量選擇點(diǎn)。
根據(jù)MEP要求，制造廠商推薦泵應(yīng)在不低于67 ％的MEP和不高于115 ％的MEP范圍內(nèi)運(yùn)行。給出范圍是必要的，因?yàn)楸玫奶讱ず腿~輪尺寸在同一型號(hào)下不是無窮的，設(shè)計(jì)者可能不得不選擇一個(gè)不是正好符合工作要求的流量和壓頭的泵。
如果有人想知道在MEP的哪一側(cè)來選擇泵，那應(yīng)該是在MEP的左側(cè)。管道系統(tǒng)的阻力計(jì)算是基于積累多年的管子的粗糙度，設(shè)計(jì)者傾向于保守的。
實(shí)際安裝后，泵將遇到比設(shè)計(jì)要小的阻力，工作點(diǎn)將在它的性能曲線上向右移動(dòng)，輸送比設(shè)計(jì)更多的流量。因此，選擇在MEP的左邊可以緩解這種現(xiàn)象。
4.相似定律
水泵給予水速度，然后把速度轉(zhuǎn)換成壓力，它的運(yùn)轉(zhuǎn)根據(jù)一組“相似定律”。
這些定律如下所示：
1- 流量與轉(zhuǎn)速成正比。
2- 流量與葉輪直徑成正比 。
3- 壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比。
4- 壓頭與葉輪直徑的平方成正比。
5- 軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
6- 軸功率與葉輪直徑的立方成正比。
這些定律在估計(jì)一個(gè)已知的泵在不同轉(zhuǎn)速或不同葉輪直徑下的性能時(shí)是非常有用的。
如果相似律用于計(jì)算在一個(gè)管路系統(tǒng)中由于改變泵的速度或葉輪直徑導(dǎo)致的新情況，它先假定系統(tǒng)阻力特性曲線是已知的。系統(tǒng)阻力會(huì)以拋物線形式隨著流量平方而變化。
流量 | Q2=Q1(N2/N1) | Q2=Q1(D2/D1) |
揚(yáng)程 | H2=H1(N2/N1)2 | H2=H1(D2/D1)2 |
功率 | B2=B1(N2/N1)3 | B2=B1(D2/D1)3 |
式中：
Q=以GPM為單位的流量。
N=轉(zhuǎn)速RPM。
D=以英寸為單位的葉輪直徑。
H=以英尺為單位的揚(yáng)程。
B=軸功率。
可用于當(dāng)改變水泵速度或葉輪直徑時(shí)預(yù)測(cè)水泵的新性能。
5.水泵選擇過程
下列對(duì)各步驟的歸納，水泵的正確選擇步驟如下：
1- 確定被輸送液體是冷凍水還是熱水。
2- 根據(jù)設(shè)備選擇來確定每一負(fù)荷的流量。
3- 綜合所有負(fù)荷的流量以獲得泵的總流量。
4- 對(duì)泵的循環(huán)，確定最不利環(huán)路泵在輸送總流量時(shí)必須提供的揚(yáng)程。
5- 根據(jù)總揚(yáng)程和流量，根據(jù)制造廠商的泵性能曲線來選擇泵。
A）對(duì)于有控制閥的閉式系統(tǒng)選擇平坦型曲線的泵，使負(fù)荷減少時(shí)使系統(tǒng)壓頭的變化最小。
B）對(duì)開式系統(tǒng)選擇一陡降型曲線的泵。這類系統(tǒng)往往除了管道損失還有一個(gè)額外的不平衡壓頭需要克服。因此，陡降型曲線的泵可以在恒定流量下提供高揚(yáng)程。
6- 繪制管路特性曲線以確定所選泵的最終工作點(diǎn)。
A)確定軸功率。
B)校核：如果實(shí)際系統(tǒng)阻力比預(yù)計(jì)的小，實(shí)際軸功率是多少。這會(huì)使電機(jī)超載嗎？
C)據(jù)此選擇電機(jī)。
確定水泵輸送的是冷水還是熱水
從設(shè)備選型中得到各用戶的GPM
算出總的輸送 GPM
確定環(huán)路中的最不利環(huán)路
計(jì)算阻力
據(jù)廠商資料選擇水泵
平坦型曲線的水泵用于有控制閥的閉式系統(tǒng)
陡峭型曲線的水泵用于開式系統(tǒng)
確定最終工作點(diǎn)
檢查啟動(dòng)條件
根據(jù)情況選擇配套電機(jī)
我們已經(jīng)根據(jù)各末端負(fù)荷確定了流量，計(jì)算了最不利環(huán)路的阻力，將通過已知流量和壓頭來學(xué)習(xí)泵的選擇過程。
如下葉所示的一個(gè)閉式管路系統(tǒng)，在300GPM通過管路系統(tǒng)時(shí)有35ft.wg的損失。
1）選擇一臺(tái)能勝任的泵（型號(hào)，葉輪尺寸，轉(zhuǎn)數(shù)）。
2）確定被選擇泵的工作點(diǎn)和葉輪。
泵的選擇：
使用下一頁的泵性能曲線圖，我們選擇7AR，1750RPM的泵。
*使用7英寸葉輪
*3.5HP軸功率
核對(duì)％MEP(67%到115 ％)
*在35 ft MET = 350 GPM
*在 300 GPM時(shí)的 %MEP (300/350) = 86% (符合)
剩下問題是最終工作點(diǎn)在那里。我們需要的點(diǎn)在兩種葉輪尺寸之間。我們可以讓制造廠商來切削葉輪，或者我們可以讓葉輪保持7英寸，對(duì)照管路特性曲線來分析。
7英寸葉輪的水泵性能曲線和管路特性曲線的相交點(diǎn)就是最終工作點(diǎn)。
我們管路的阻力是35ft，流量是300GPM。因此，我們能計(jì)算這一點(diǎn)兩邊的任兩點(diǎn)，連接它們，通過繪圖可以找到泵的最終工作點(diǎn)。
在 250 GPM時(shí)，壓頭 = 35×（250/300）2 =24.2
在 350 GPM時(shí)，壓頭 = 35×（350/300）2 =47.8
我們現(xiàn)在畫出兩個(gè)新的點(diǎn)，連接它們及要求的工作點(diǎn)（即35ft和300GPM點(diǎn)）。最終工作點(diǎn)即泵的性能曲線和管路性能曲線的交點(diǎn)，在37.5ft和315GPM處。要求的軸功率是3.8HP。
現(xiàn)在，讓我們看看當(dāng)實(shí)際阻力比我們預(yù)計(jì)的小時(shí)，泵在啟動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么。管路特性曲線會(huì)降低，平衡點(diǎn)會(huì)沿泵性能曲線向右移。
沿著7英寸葉輪的性能曲線右一移，可以看到泵的最大功率會(huì)達(dá)到3.9HP。
所以，我們選擇一個(gè)4或5馬力的電機(jī)，無論是自選還是標(biāo)準(zhǔn)配置，電機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)超載。
控制閥的影響
當(dāng)兩通調(diào)節(jié)閥門開始節(jié)流，管道環(huán)路會(huì)發(fā)生什么變化？它是如何影響泵的？調(diào)節(jié)閥的影響是什么？
下圖表示了泵的性能曲線與管路特性曲線的工作點(diǎn)（C）。當(dāng)所有閥門全開時(shí)，管路特性曲線是（A-B-C）。它包含了管道阻力加上全開調(diào)節(jié)閥的阻力。
當(dāng)盤管的負(fù)荷下降，調(diào)節(jié)閥開始節(jié)流。這給泵增加了阻力。泵的揚(yáng)程變高（C-D），通過管路的流量減?。‥-F）。
當(dāng)通過管路系統(tǒng)的流量下降，管路的阻力下降－沿著它的管路性能曲線到B點(diǎn)。這樣，調(diào)節(jié)閥承擔(dān)從B-D下降的額外附加壓力。這是很典型的。
實(shí)際上，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉得越多，工作點(diǎn)將沿泵的性能曲線向左移得越遠(yuǎn)。當(dāng)所有的閥門都全關(guān)閉，泵會(huì)在零流量下“空載”，而調(diào)節(jié)閥會(huì)承擔(dān)最大的壓頭（A-G）。因此，在選擇閥門時(shí)，一定要查看閥門的閉合壓力是否超過泵的空轉(zhuǎn)壓力。
水泵串、并聯(lián)特性
1.串聯(lián)水泵-兩相同水泵
2.并聯(lián)水泵-兩相同水泵
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