西安航空动力控制公司动力分厂 陕西西安 710077
摘要：本文通过对公司现有12#厂房工业循环水系统运行现状的分析，结合设计手册、设计规范标准、及设计运行经验对工业循环水系统中离心泵的选型谈出了自己的见解与方法。在实际水泵运行过程中，理论的计算与实际是有一定区别的，水泵的工况未必完全符合设计的要求。另外，水泵本身的性能也随着时间的迁移而发生变化，导致水泵的特性曲线发生变化。在循环水系统投运后，首先要进行管网水力平衡调试。管网水力平衡调试工作，就是在所有的循环水处理设施、循环水管路、管路上所有的阀门配件等均已经安装完毕、所有用户点的给回水管道均接通的前提下，运用各种调节措施和调节手段，使循环水管路的实际工况点(包括流量、压力)，按接近原设计要求的状态运行，使循环水系统内部各用户用水量和供水水压的要求均能得到满足。只有整个循环水管网处于设计工况，才能使循环供水泵处于设计工况。
关键词：水泵的性能曲线；管路的特征曲线；流量和扬程；工艺设备用水参数
1．概述：
在工业循环冷却水系统中，循环供水泵一般要求为大流量(单泵常规流量在几百m3/h以上、最大流量可达上万m3/h)、我公司12#厂房循环水系统水泵出水压力在0.3-0.4MPa、水泵扬程最高不会超过0.8MPa)，水泵的工作制度是连续24小时供水，另外循环水系统对水量要求也比较恒定。 循环水泵的选型是包括基本参数的确定、主要部件材质、轴封形式、联轴器等的选择、水泵总是和特定的管路相连，循环水泵的工作状态点由水泵的性能曲线和管路的特征曲线共同决定。
本次就12#厂房循环水系统的多级离心泵在工业循环冷却水系统中的应用分析及个人在水泵选型的一些见解，及使用中中常见的问题和解决的方法等做了些的分析和探讨，供实际工程和生产应用。
2.水泵选型要点
2.1水泵基本参数的确定
水泵选型应根据工程的具体要求，设定水泵的基本参数。水泵的基本参数包括流量(m3/h)、扬程(mH2O)、转速(r/min)、汽蚀余量NPSH(mH2O)、效率(%)、轴功率(kW)、比转数等。循环冷却水系统供水泵主要需要讨论的参数为流量、扬程、转速。
2.1.1流量和扬程
流量和扬程是水泵最基本的两个参数。对于循环冷却水系统供水泵来说，流量和扬程主要是根据工艺设备的用水要求和管网系统的水力损失计算来确定的。所以循环水系统的设计，对于我使用方为设计部门提供的工艺参数至关重要，关系到设计循环水系统的参数计算结果、设备配置及选型、乃至后期系统能否正常平稳运行。
在确定供水泵的流量和扬程时要注意以下几点：
①对于冷却水系统而言，设备冷却的效果主要取决于冷却水量的多少，在满足了工艺设备进口所需要的压力的前提下，水量应当留有一定的富裕，作为水力平衡调节时使用(通常的工业循环冷却水系统为多用户系统，设计很难保证每个用户均能处于刚好满足其需要水量的工况)；
②在确定水泵的扬程时，首先要进行准确的水力计算，另外，水泵的扬程不宜留有太多的富余量；这是因为工艺设备所提出的水压要求往往是按照最不利条件设定的，其水压要求的本身已经留有富裕量；如果水泵的扬程再留有太多的富裕，实际在用户处的压力根本远达不到这种情况，根据水泵的特性曲线和管道的特性曲线，水泵实际扬程会下降，流量将会变大，而电机的流量会大幅度上升，功率也会大幅度上升，如果超出额定值，可能会损坏电机；另外，随着流量的大幅度上升，水泵的转速也会变大，会对水泵的泵轴产生不利影响；同时，泵在大流量运转时，水泵的必需汽蚀余量(NPSHr)也会大幅度上升，容易产生汽蚀，也会增加水泵断轴的几率；
③大型工业循环冷却水系统通常采用多台水泵并联运行，如二用一备、三用一备、四用二备等工况是经常出现的，这时必须要意识到水泵并联运行后，单台水泵的出水能力受管路特性曲线和水泵特性曲线的共同作用必然减小，因此，在确定水泵的流量参数时，必须加以注意。在一般情况下，二用一备的工况，单台工作泵的流量下降为只开一台水泵流量时的约90%。
2.1.2水泵性能曲线的选择
工业循环水系统中的水泵总是和特定的管路相连，循环水泵的工作状态点由水泵的性能曲线和管路的特征曲线共同决定。水泵的工作特征曲线有平坦型1、陡降型3和驼峰型2三种（如图1）。根据用处、管路特征、流量变更的不同，应选择不同特征的水泵。
因此在实际应用中，应尽量避免使系统工作在水泵性能曲线的左支，工作点应选在曲线的降落段，以保证运转工况的稳固。对于水系统采用量调节的情况，系统内水流量变更较大时，建议尽可能避免选用驼峰型水泵，以防进入非稳固工作区,引起流量调节的失灵。
性能曲线为平坦型的水泵其最大优点是：循环水泵在较大的流量变更领域内都能在较高的效率区间运行，节能效果明显。可满足循环水系统流量变更时，扬程变更小的特点，使系统运行时，具有良好的水力稳固性，降低水力失调的程度。当系统选用单台水泵或者两台但为一用一备时，则应选用性能曲线较为平坦的水泵。当系统选用多台并联运行时（以12#厂房循环水系统为例），工况分析见图
1是单机的性能曲线，2是两台设备并联时的性能曲线，3是三台设备并联时的性能曲线，4是管路性能曲线。A、B、C分别是单机、两台并联及三台并联时的工况点。由图可见，随着并联台数增多，每并联一台设备所增加的流量愈小，因而效果越差。（见图3）
结论：因此泵的特征曲线越陡(比转数越大) ,流量增量ΔQ越大,越合适于并联工作；反之，泵的特征曲线越平坦(比转数越小)，流量增量ΔQ 越小，越不合适于并联工作。假如选型时不考虑水泵的特征曲线，将会引起并联后流量增量不大，不能通过并联使流量大幅度地进步，也不能通过运行台数的增减有效地调节流量。
2.1.3 管网系统水力工况分析（结合我厂12#厂房循环冷却水现状分析）
12#厂房工艺冷却水系统主要为装试分厂实验设备提供循环冷却水，循环水系统共有6台供水泵及3台倒水泵，都选用上海连成泵业公司生产的DLZ型低噪音立式多级离心泵。供水泵额定功率均为75kw、扬程80米、流量为200m3/h。其中6#泵主要供二层设备用，8#至10A#为一层设备用，7#泵为备用泵。但自从投运以来，供水泵陆续发生机封和轴承频繁损坏，且泵振动大，声音不均匀；倒水泵运行基本正常，供水泵故障最多的泵已修过五次。原设计循环水系统工作压力为0.7MPa，但实际运行压力不足0.3MPa，我们和水泵厂家及设计院经多次沟通，后我方采用调整泵出口阀门（至1/2开度）运行，泵振动和噪音有明显改善，故障率有所降低。由于实验设备也是陆续投入使用，水泵运行也是从最初的2台运行逐步到今天的全部运行即五台泵运行，造成运行无备用泵。同时给运行、维修带来一定压力。
出现此类问题的根结：
1、工艺试验设备循环水总量、压力、温度参数的准备提供，将直接影响到设计人员对系统设备的计算选型。
2、工艺数据提供准确，设计人员对管网水力失调与水力稳定性估计不足，
造成设计缺陷。
3、工业循环泵厂家水泵产品实际参数与样本选型手册中工况水泵运行曲线偏差过大。
4、工程施工中，管网走向、转向变更较多，管线长度与供水单元无故增添。
对于一套完善的工艺性循环冷却水系统的建设，首先要对管网系统的水力特性进行分析：
管网中各点的压力将随着流体流量的改变而改变，此时泵的扬程只取决于管网的阻力特性，即 H=h•w=s•Q2
S越大，阻力曲线愈陡，管网是由许多管段、管件（三通、弯头、阀门）及某些设备组成。管网中在管径不变的某两个截面管路阻力由下式定量计算：
液体管路： Hiw=Siw•Q2 （见图4）
在管网系统的设计、工程安装、运行调整时，改变式中任一参数，即可使图中管网特性变陡或平缓。
通常，在管网系统设计中，通过调整管路布置形式改变某管路的长度和选择管径的大小，来达到调整管网水力特征的效果。另一方面，在管网的运行中，通过调节阀门的开度（即改变 值）也能达到改变管网水力特性的效果，以使只适应用户对管网流量或压力分布的需要。
再对于水力失调与水力稳定性进行分析，管网系统中管段实际流量与设计流量的不一致性，称为水力失调。水力失调程度可用实际流量与设计流量的比值来衡量：
当管网系统中所有管段的水力失调度Xi都不大于1或小于1时，称为一致失调；反之，则称为不一致失调。产生水力失调的原因：
a:管网中流体流动的动力源，提供的能量与设计不符合。动力电源电压的波动、流体自由液面差的变化，导致管网中压头和流量偏离设计值。
b:管网的流动阻力特性发生变化：多种因素导致Si的变化。
3.结论
对于民用、工业循环水泵的设计选型工作首先要确定末端用户的用水流量及压力，再进行管网系统的阻力计算，确保用户的资用压头，确定水泵的扬程与流量，确定水泵连接方式、确定水泵数量。如后期继续有末端用户的加入，则管网特性曲线发生变化，造成设计成型的水泵系统运行也会偏离运行曲线，造成水泵机械部件损坏频繁，各用户压头与流量均无法保证，运行水压、流量与设计时发生巨大偏差，造成系统运行不稳定。为杜绝以上情况发生，必须在项目建设初期的末端设备用水工艺准确提出，设计时根据工艺需求准确计算，如有对未来发展需求，也应在设计前期提出以备设计时预留设计余量，避免发生建设竣工后，在系统中继续增添用户，造成系统水力失调，供水设备故障频出。
参考文献：
{1]《流体输配管网》 作者：付祥钊 中国建筑工业出版社
[2]《实用泵手册》 作者：林峥 上海科学技术出版社
{3]《泵的构造与维修》 作者：李文治 科学技术文献出版社重庆分社
[4]《水泵技术问答》 作者：刘得雨 电力工业出版社
论文作者:杨磊
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/29
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