09- 变流量泵的基本原理(2)解析

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  冷冻水系统培训—— 变流量泵的基本原理(2) Johnson Controls 学习和发展部 2007年11月26-30日,Shanghai 1 培训目标 ? ? ? ? ? 了解4种典型的变流量泵系统。 描述二次泵系统的特点及设计思考。 描述三次泵系统的特点及设计思考。 描述一次变速泵的特点及设计思考。 了解4种典型的变流量系统的优点和缺点。 2 培训内容 ? 二次泵分区系统。 ? 相似定律。 ? 三次泵分区系统。 ? 一次变速泵系统。 ? 4种典型的变流量泵系统的优点和缺点。 3 培训内容 ? 二次泵分区系统。 ? 相似定律。 ? 三次泵分区系统。 ? 一次变速泵系统。 ? 4种典型的变流量泵系统的优点和缺点。 4 变流量泵系统的应用 ?二次泵系统的配置已经在世界范围内被成功地应用 在数以千计的工程项目中 ,它已经称为许多设计人员 的标准选项。 ?为了优化系统的性能,灵活设计, 设计者必须选择 能够满足客户需求的最佳的分配管路和泵系统的形式 以下是4种典型形式: 二次泵系统 二次泵分区系统 三次泵系统 一次泵变流量系统 5 二次泵分区系统 也被称为 “分配泵” 二次泵系统的基本原理同样适用。 6 二次泵分区系统 传统的二次泵系统的可以 改成二次泵分区系统。 主要的区别就是分配泵中 的主泵被去除,更适合于 多区域或高层建筑物。 优点 ?节省泵的马力 ?靠近冷水机组的区域不会因为满足下游区域要求 而产生过压。 ?在大型系统中,可以降低压力,因而可以节省管 路、阀门、水箱、盘管等初投资。 7 二次泵分区系统-设计思考 8 二次泵分区系统-设计思考 设计思考: ? 每个区域的泵都通过一个公用管与冷水机组的泵 解耦。 ? 每个区域的泵之间并不解耦。 ? 本质上它们并联运行。 ? 泵的吸水和排水通过共用供/回水管来连接。 ? 共用管必须保证存在一个小的压差。 ? 这个管包括公用管和供/回水总接管。 ? 选择泵和保证每个区域的平衡时要小心。 ? 每个泵应该有相同的或相似的性能曲线 二次泵分区系统-设计思考 接管尺寸 ?共用管的摩擦损失对泵 的分区系统的运行特性 有很大影响。 ? 据ASHRAE称:每 100ft等效管长度,摩擦 损失不能大于。 ?摩擦损失要在预期的最 大流量的情况下计算。 10 二次泵分区系统-设计思考 泵的选择 ? 下游分区泵的运行 (泵 B 和C) 将会影响分区A的 泵 (相反也一样) ?除非分配管具有较小的 压降,否则需要增大管径 或缩短管的长度。 11 二次泵分区系统-设计思考 预期的负荷量 ? 每个分区的负荷增加会 增大分区管路和共用管 的压力降。 ? 考虑到将来的使用情 况,现有的泵需要增大 尺寸或完全替换来满足 预期负荷的需要。 12 二次泵分区系统-设计思考 未来的分区情况 ? 由于未来的负荷可能变化,因此,对未来分区的变 化也要做事先的考虑。 ?要根据将来的分区的特点来选择水泵 。 ?将来会增加预想不到的分区,可能需要更换或改进 现有泵。 ?如果知道未来的分区要求,可以将现有泵选择足够 大的型号,来满足未来的需要。 13 培训内容 ? 二次泵分区系统。 ? 相似定律。 ? 三次泵分区系统。 ? 一次变速泵系统。 ? 4种典型的变流量泵系统的优点和缺点。 14 相似定律 管路系统和泵的相似定律很重要, 特别是在分区内 采用变频驱动装置。 有时你可能会需要永久地改变流体流量或离心泵排 水压头。 泵的相似定律介绍了一些泵的参数的关系式。 15 相似定律 速度改变或叶轮直径改变 用新的速度或叶轮直径被原有的速度或直径来除: 新速度 旧速度 3500 = 2 1750 = 比值 Or 1500 3000 =0.5 你所需要的流体的流量或容量与该比值成正比。 例子: 100 GPM 现在变为 200 GPM 16 相似定律 压头与该比值的二次方成正比。 例子: 当速度加倍, 压力从 50 变化到 200: 50 ft 压头 x 22 =200 ft 压头 17 相似定律 泵所需马力与该比值的三次方成正比。 例子: 驱动一台流量1750 rpm的泵,需要一台9马力的 电机。如果流量是 3500 rpm,那么需要多大的 马力呢? 需要 9 x 23 =72 马力 18 相似定律 由此看出:速度和叶轮的直径将如何影响泵的 其它参数。 NPSH(泵的名义吸引压差)与该比值的二次方 成正比。 例子: 3 米 NPSHR x 22 = 12 米 N.P.S.H.R. 19 相似定律 轴的磨损量与该比值的二次方成正比。 例子: 在轴上安装刻度盘指示器发现磨损总量是: 1750 rpm 时 0.005英寸 3500 rpm时 0.02英寸 0.005 x 22 = 0.020 英寸 20 相似定律 管路的磨擦损失与该比值的二次方的90%成正比。 零备件的磨擦损失近似与该比值的二次方成正比。 例子: 如果一个系统的压头损失的计算或测量结果为: 当1450 rpm时,系统的压头损失为65米。 那么,当2900 rpm时,压头损失就是: 65 米x 4 x 0.9 = 260 x 0.9 = 234 米 21 相似定律 磨损率与该比值的三次方成正比。 例子: 在1750 rpm时叶轮材料的磨损率为每个月 0.020 英寸, 在 3500 rpm 时,磨损速率会增加到 0.020 x 8= 0.160 英寸每个月。 22 二次泵分区系统 泵的兼容性 现在我们对相似定律和泵的参数的变化有了进一步 的认识,因此,在泵的分区系统内应用变频驱动装 置应特别小心。 ?确定所有的泵是定速还是变速驱动。 ?由于分区泵是并联运行, 泵的运行曲线必须一致。 ?下游泵的工作点会影响上游泵的运行(反之亦然)。 23 二次泵分区系统 每个分区泵必须能提供足够的压头,可以将冷冻水 从机房输送到负荷并反回到冷水机组,因此尽管两 个分区的压力降和流量很相似,但下游分区的泵的 功率也可能会更大。 24 二次泵分区系统 控制 每个分区独立运行,需 要单独的变速控制。 不建议在一个系统内定 速泵和变速泵混用。 平衡 如果系统不能很好平衡, 回水管可能过压,导致 阀门座松动、出水温度振荡,甚至温度失控。 25 培训内容 ? 二次泵分区系统。 ? 相似定律。 ? 三次泵分区系统。 ? 一次变速泵系统。 ? 4种典型的变流量泵系统的优点和缺点。 26 三次泵分区系统 主要的优点就是分区 内水力和热量解耦. ?这是二次泵系统的另一种变化形式。 ?二次泵把冷冻水分配到系统的各个分区。 ?单个建筑物通过三次系统桥管与分配系统解耦。 27 三次泵分区系统 设计人员可以独立控制每 个分区。 与压差和温度有关。 所谓的分区是指盘管、空 气处理器或整个建筑。 在区域供冷和供热系统中, 优点很显著,在这些系统 中,每个使用者之间通过 板式换热器(GPX)相互 解耦。 当采用 GPX 时,可以防止流体 污染 ,用户和操作人员相分开, 不会受到潜在过大静压力的影响。 28 三次泵分区系统 设计思考 三次泵的增加可能会增大 系统的初始马力。 但是控制水平有所提高。 如果运行正常,总的操作 成本会减少,进而优化三 次泵系统 (但是三次系统 桥管控制阀至关重要)。 29 三次泵分区系统 三次泵系统桥管设计-与二次泵系统桥管的设计 原则相同 30 三次泵分区系统 温度传感器的位置 ? 合理的阀门控制要求温度传 感器安装在供水管到三次系统 的管路T-1上。 ?回水温度T-2到冷水机组的回 水管(在回水控制阀上,有一 个小流量的旁通控制,通过回 水控制阀来提供精确的温度), 机房供水温度T-3 ?合理的控制使分区的在尽可能高的水温下运行,而分区内部 的调节阀门基本保持不变。 ?这使通过每个盘管的流量最大化,控制阀提供了更好的换热 性能和阀权度。 31 三次泵分区系统 二次泵 ?根据现有水量要求选择泵,使水泵的马力最小。 ? 要考虑压头最高分区的情况。 ? 二次泵的选择要考虑到未来的应用情况,因为二 次泵是系统内最大的泵。 ?如果经济性合理的话,可以考虑采用变频泵。 32 三次泵分区系统 三次泵 ?根据分区或建筑的负荷及压头的需求,一般只选用低马 力水泵,并且不需要变速驱动。 ? 如果选择变速泵, 压差传感器要安装在最远、负荷最大 的两通阀处。 ? 需要考虑的另一个问题是:与在二次泵系统内相同的 低流量问题,靠近机房的分区要在高压头下运行。 ?如果压头始终满足要求, 那么,在最近的分区内不需要 三次泵。 33 培训内容 ? 二次泵分区系统。 ? 相似定律。 ? 三次泵分区系统。 ? 一次变速泵系统。 ? 4种典型的变流量泵系统的优点和缺点。 34 一次变速泵系统 ? 这种系统形式并非二次 系统的变化形式 ? 不需要二次泵, 这就减少 了初投资、空间要求和维 护保养费用 ?冷水机组不再需要定流量. 设计思考 系统的核心就是泵和冷水机组的控制逻辑和启/停顺序。 微处理器 (PID) 控制可以用来控制流量过剩或流量欠缺。 VFD泵也可以这样控制。 35 一次变速泵系统 冷水机组 ?需要多台冷水机组满足冷 冻水最大卸载时的容量要求。 ?如果只有一台冷水机组, 那么最小流量就受到一台冷 水机组最小流量的限制。 ?多台冷水机组改善了最小 流量限制。 ?必须知道每台冷水机组的最小流量要求。 ?使用相同尺寸、效率和型号的冷水机组,其控制次序 相对简单。 ?建议要与生产厂家紧密配合。 36 一次变速泵系统 公用管 ? 公用管被改造成低流量旁 通,来保证冷水机组的最小 流量。 ? 采用可调节旁通阀。 ?系统流量随着负荷的减少 而减少。 ?当系统流量接近冷水机组的最小流量时, 调节两通阀,打开旁 通。 ?系统的流量加旁通的流量必须大于冷水机组的最小流量。 ?流量计安装在供水管和旁通上,用来计算流量和开机顺序。 37 一次变速泵系统 一次泵 ? 一次变速泵的选择与二 次泵系统中二次泵的选 择类似。 ?泵的尺寸应该相同,且 为并联运行。 ?不同流量和压头的泵,并联运行效果不佳。 ?小心的选择可以使泵满足未来可能的工况。 38 一次变速泵系统 压差传感器 ?泵的控制原理主要 是靠压差传送器。 ?如果还存在其它变 速系统, 那么,监测最 远点的最大负荷尤为 重要。 ? 靠近机房的传感器, 在小流量的工况下,为 减小压头提供了重要信 息。 39 培训内容 ? 二次泵分区系统。 ? 相似定律。 ? 三次泵分区系统。 ? 一次变速泵系统。 ? 4种典型的变流量泵系统的优点和缺点。 40 不同系统的优点和缺点 41 结论 ?现代暖通系统有很多种泵的使用方法。 ?每种方法都有它适合用户或操作人员的优点。 ?设计者不但要为现在的应用考虑,还要考虑未来 的变化。 ?成本和操作者的能力水平都要考虑。 关键点就是: 工具箱的工具越多,工程师越容易做决定, “哪一种 系统更适合我的客户?” 42

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