在解答水泵揚程計算之前,我們先來徹底了解一下水泵揚程是什么意思?
水泵和揚程都屬于外來詞,泵這個字是到了晚清才發(fā)明出來。揚程這個詞也是外來組合詞了。水泵揚程的本義是指:泵的輸出壓力,指單位重量流體經泵所獲得的能量。泵的揚程大小取決于泵的結構(如葉輪直徑的大小,葉片的彎曲情況等、轉速)。這個看起來稍微專業(yè)一點兒,不理解沒大關系,我們直接說在實際工程預算中,這個水泵揚程是什么意思。
在實際工程預算中,水泵揚程≈從水泵出口到目的地的垂直距離。
簡單說明一下上圖:要將水池中的水輸送到三樓樓頂,A標識為水泵,數字123代表所在樓層,結合本圖,水泵揚程可以簡單理解為點B到點C的距離,單位通常是米,這個就是水泵揚程。媽媽再也不用擔心你學不會水泵揚程了。so easy,就這么簡單!
1個彎頭≈0.5米水泵揚程的損耗
10米水平距離≈1米水泵揚程的損耗
還是以上圖為例,假設A~B有距離為10米,B~C的距離為20米,C~D的距離為10米,那么按圖1中水泵的安裝位置,需要的水泵揚程為
1+0.5+20+0.5+1=23米【10米水平距AB+B點彎頭損耗+BC垂直距離+C點彎頭損耗+CD10米的水平距離】
如果你徹底明白了上邊的水泵揚程計算公式,恭喜你,你小學畢業(yè)了。
如果你學會了上邊的水泵揚程計算,你已經戰(zhàn)勝了中國80%的公民。你只用告訴水泵廠家你的實際水泵揚程就不會出錯了。如果自己按照廠家水泵選型手冊自己去選,可能還會出錯。這個錯誤不是你錯誤的理解了水泵揚程計算方法。而是不同和水泵廠家,有不同的水泵參數規(guī)格表。
你可能出錯的原因是,在某些領域,比如耐腐蝕泵行業(yè):水泵揚程≠全揚程。全揚程的概念是:水泵最大的揚程,就是再高1厘米就不出水的垂直距離。水泵全揚程與水泵全流量是成反比的。這一點兒在水泵選型前不清楚的,務必和廠家技術人員確認。
水泵揚程都要克服液面的提升的高差、克服系統(tǒng)中管道和設備的阻力,而與系統(tǒng)的高度無關。液面的高差,在空調閉式循環(huán)系統(tǒng)里面,為 0;在我們的常見冷卻水系統(tǒng)里面,高差就存在于冷卻塔內部;在供水系統(tǒng)里面,就供水液面與出水液面高差。
閉式系統(tǒng)為啥不用考慮液面高差,
1、里面沒有 2 個液面,沒有高差;2、如果你把液面高差認為是系統(tǒng)高度,那就大錯特錯了;氐街袑W物理去想想連通器吧;回到流體靜力學去想想 U 形管液面有高差時壓力差如何計算的?
從水力的角度來看所謂的閉式或開式系統(tǒng),主要不是指系統(tǒng)是否和大氣環(huán)境相通。而是指輸送過程中,水力供回過程中的壓力傳遞是否連貫,受否受到外界大氣壓力影響。
從上文大家知道,水泵的實際工作揚程是泵出壓力減去吸入壓力。
在冷凍水系統(tǒng),盡管有開式膨脹水箱和大氣相通,但是當水泵把水輸送至系統(tǒng)最高點以后,水通過重力和之前的供水壓力綜合作用回到水泵的吸口(和膨脹水箱液面上的大氣壓力以及水箱高度無關)。從供水到回水之間水力輸送是連貫的(水壓是連續(xù)的)。期間并沒有兩個不同高度的液面存在,也就談不上有‘水的提升高度’。水泵的揚程都是消耗在克服系統(tǒng)阻力上了。換句話說,膨脹水箱僅僅起到定壓作用,理論上無論膨脹水箱如何安裝,安裝高度多少,都不對水泵的工作揚程產生影響。
A.水泵選型索引
所謂水泵的選取計算其實就是估算(很多計算公式本身就是估算的),估算分的細致些考慮的內容全面些就是精確的計算。
特別補充一句:當設計流量在設備的額定流量附近時,上面所提到的阻力可以套用,更多的是往往都大過設備的額定流量很多。同樣,水管的水流速建議計算后,查表取阻力值。
關于水泵揚程過大問題。設計選取的水泵揚程過大,將使得富裕的揚程換取流量的增加,流量增加才使得水泵噪音加大。特別的,流量增加還使得水泵電機負荷加大,電流加大,發(fā)熱加大,“換過無數次軸承”還是小事,有很大可能還要燒電機的。
另外“水泵出口壓力只有0.22兆帕”能說明什么呢?水泵進出口壓差才是問題的關鍵。例如將開式系統(tǒng)的水泵放在100米高的頂上,出口壓力如果是0.22MPa,就這個系統(tǒng)將水泵放在地上向100米高的頂上送,出口壓力就是0.32MPa了!
B. 水泵揚程簡易估算法
暖通水泵的選擇:通常選用比轉數ns在130~150的離心式清水泵,水泵的流量應為冷水機組額定流量的1.1~1.2倍(單臺取1.1,兩臺并聯(lián)取1.2。按估算可大致取每100米管長的沿程損失為5mH2O,水泵揚程(mH2O):
Hmax=△P1+△P2+0.05L (1+K)
△P1為冷水機組蒸發(fā)器的水壓降。
△P2為該環(huán)中并聯(lián)的各占空調未端裝置的水壓損失最大的一臺的水壓降。
L為該最不利環(huán)路的管長
K為最不利環(huán)路中局部阻力當量長度總和和與直管總長的比值,當最不利環(huán)路較長時K值取0.2~ 0.3,最不利環(huán)路較短時K值取0.4~0.6
C.冷凍水泵揚程實用估算方法
這里所談的是閉式空調冷水系統(tǒng)的阻力組成,因為這種系統(tǒng)是量常用的系統(tǒng)。
1.冷水機組阻力:由機組制造廠提供,一般為60~100kPa。
2.管路阻力:包括磨擦阻力、局部阻力,其中單位長度的磨擦阻力即比摩組取決于技術經濟比較。若取值大則管徑小,初投資省,但水泵運行能耗大;若取值小則反之。目前設計中冷水管路的比摩組宜控制在150~200Pa/m范圍內,管徑較大時,取值可小些。
3.空調未端裝置阻力:末端裝置的類型有風機盤管機組,組合式空調器等。它們的阻力是根據設計提出的空氣進、出空調盤管的參數、冷量、水溫差等由制造廠經過盤管配置計算后提供的,許多額定工況值在產品樣本上能查到。此項阻力一般在20~50kPa范圍內。
4.調節(jié)閥的阻力:空調房間總是要求控制室溫的,通過在空調末端裝置的水路上設置電動二通調節(jié)閥是實現室溫控制的一種手段。二通閥的規(guī)格由閥門全開時的流通能力與允許壓力降來選擇的。如果此允許壓力降取值大,則閥門的控制性能好;若取值小,則控制性能差。閥門全開時的壓力降占該支路總壓力降的百分數被稱為閥權度。水系統(tǒng)設計時要求閥權度S>0.3,于是,二通調節(jié)閥的允許壓力降一般不小于40kPa。
根據以上所述,可以粗略估計出一幢約100m高的高層建筑空調水系統(tǒng)的壓力損失,也即循環(huán)水泵所需的揚程:
1.冷水機組阻力:取80 kPa(8m水柱);
2.管路阻力:取冷凍機房內的除污器、集水器、分水器及管路等的阻力為50 kPa;取輸配側管路長度300m與比摩阻200 Pa/m,則磨擦阻力為300*200=60000 Pa=60 kPa;如考慮輸配側的局部阻力為磨擦阻力的50%,則局部阻力為60 kPa*0.5=30 kPa;系統(tǒng)管路的總阻力為50 kPa+60 kPa+30 kPa=140 kPa(14m水柱);
3.空調末端裝置阻力:組合式空調器的阻力一般比風機盤管阻力大,故取前者的阻力為45 kPa(4.5水柱);
4.二通調節(jié)閥的阻力:取40 kPa(0.4水柱)。
5.于是,水系統(tǒng)的各部分阻力之和為:80 kPa+140kPa+45 kPa+40 kPa=305 kPa(30.5m水柱)
6.水泵揚程:取10%的安全系數,則揚程H=30.5m*1.1=33.55m。
根據以上估算結果,可以基本掌握類同規(guī)模建筑物的空調水系統(tǒng)的壓力損失值范圍,尤其應防止因未經過計算,過于保守,而將系統(tǒng)壓力損失估計過大,水泵揚程選得過大,導致能量浪費。
D.水泵揚程設計
(1)冷、熱水管路系統(tǒng)
開式水系統(tǒng)
Hp=hf+hd+hm+hs (10-12)
閉式水系統(tǒng)
Hp=hf+hd+hm (10-13)
式中 hf、hd——水系統(tǒng)總的沿程阻力和局部阻力損失,Pa;
hm——設備阻力損失,Pa;
hs——開式水系統(tǒng)的靜水壓力,Pa。
hd/ hf值,小型住宅建筑在1~1.5之間;大型高層建筑在0.5~1之間;遠距離輸送管道(集中供冷)在0.2~0.6之間。設備阻力損失見表10-5。
(2)冷卻水管路系統(tǒng)
1)冷卻塔冷卻水量
設備阻力損失
冷卻塔冷卻水量可以按下式計算:
(10-14)
式中Q——冷卻塔排走熱量,kW;壓縮式制冷機,取制冷機負荷1.3倍左右;吸收式制冷機,去制冷機負荷的2.5左右;
c——水的比熱,kJ/(kg· oC),常溫時c=4.1868 kJ/(kg·oC);
tw1-tw2——冷卻塔的進出水溫差,oC;壓縮式制冷機,取4~5 oC;吸收式制冷機,去6~9 oC。
2)水泵揚程
冷卻水泵所需揚程
Hp=hf+hd+hm+hs+ho
式中hf,hd——冷卻水管路系統(tǒng)總的沿程阻力和局部阻力,mH2O;
hm——冷凝器阻力,mH2O;
hs——冷卻塔中水的提升高度(從冷卻盛水池到噴嘴的高差),mH2O;
ho——冷卻塔噴嘴噴霧壓力,mH2O,約等于5 mH2O。