由熱源、熱力站、熱網和室內采暖系統組成的熱水供暖系統是一個整體的系統工程，設計中忽略任何一部分都會嚴重影響系統運行和供暖效果。循環水泵是聯接熱源、熱網和室內采暖系統的樞紐設備，是驅動熱水在熱水供熱系統中循環流動的機械設備。通過它把溫暖送給千家萬戶，所以，循環水泵，是供熱系統中最主要的設備之一，選擇得當與否，對供熱系統的正常運行至關重要。

　　一、 問題的提出

　　有一供暖面積為12萬建筑平米的民用住宅采暖系統，室內采暖形式為散熱器，熱源為飽和蒸汽，通過熱力站交換出壓力0.6MPa，供水80℃、回水60℃的低溫熱水送入采暖系統。站內主要設備的配置如下：直混式汽—水換熱器三臺(DN300);三臺循環水泵(流量200m3/h ，揚程50m， 電機功率45KW， 轉速1450r/min);兩臺補水泵;一臺除污器(DN350)。

　　從循環水泵選擇看，流量能夠滿足系統需要，揚程較高，且三臺水泵，兩臺運行一臺備用，應該沒有太大的問題，但熱力站在運行后確出現了以下問題：

　　1、 循環水泵兩臺并聯運行時，水泵出口閥門開度只能開到1/4左右，不能全部打開，否則電機就會超電流掉閘保護。

　　2、 換熱器不能正常運行，其故障現象是當蒸汽加熱時水擊振動嚴重，不能加大蒸汽的輸送流量，噪音很大，而且水泵的噪音振動也很大。

　　3、 部分用戶系統，尤其是最遠端和不利點的用戶室內溫度達不到18℃，室外供熱管網分支系統雖然反復多次調整，始終沒有明顯的改善，不能達到預期的供熱質量效果。

　　二、故障的診斷分析

　　通過到熱力站現場觀察看到，采暖回水總管道(換熱器、水泵吸入口前)壓力0.30MPa;水泵出口(水泵出口止回閥和閘板閥前)壓力0.78 MPa;采暖供水總管壓力0.45 MPa(水泵出口止回閥和閘板閥后)。

　　系統各點的壓力狀態見下圖：

　　采暖供水總管到循環水泵的出口距離也就是6m左右，但是它們之間的壓力差卻有0.33 MPa(0.78-0.45=0.33)，這么大的阻力損失來自何處呢?進一步仔細觀察發現，運行中的兩臺循環水泵的出口閘板閥門的開度只有1/4左右，看來阻力損失來源于此處。詢問運行人員為什么泵的出口閥門不全部打開?運行人員告之閥門全部打開后電機超電流，無法運行。由此看來問題的原因可以斷定是循環水泵選配不當，其揚程太高，與采暖管網系統的阻力特性不相匹配。采暖管網系統是運行在一個閉式的循環系統，循環水泵的揚程選定，應該依據熱力站內部系統和室外管網系統的總阻力損失確定。采暖管網系統中的循環水泵在運行中，它的工作點是隨著管網系統中的阻力特性變化而改變的。由于本管網系統的阻力損失不大(根據供回水總管壓差0.45-0.30=0.15)，也就是15m左右，而現有循環水泵的揚程是50m;所以，當循環水泵運行時，揚程降低，工作點就會向流量大的一點偏移，造成超過200m3/h流量，致使電機超電流不能正常運行。為了能將循環水泵開啟運行，只好采取關小水泵出口閥門的開度，使其在3/4的狀態下工作，雖然兩臺泵并聯運行，其流量還是小于系統的需要流量。所以造成故障的根源在于循環水泵特性曲線與管網系統的特性曲線不相吻合，且無交叉點，如下圖所示。

　　由此看來只要將水泵的揚程降到與系統管網的阻力特性相匹配，以上出現的故障問題必將迎刃而解。

　　三、問題解決方案和效果

　　找到了故障問題的根源，擬采用以下兩個方案解決：

　　1、認真核算采暖管網系統的沿程和局部阻力損失，做出實際管網阻力特性曲線，根據特性曲線和計算流量重新選配購置安裝循環水泵。查閱單級單吸離心水泵樣本可選擇兩臺流量345m3/h ，揚程24m，電機功率37KW，轉速1450r/min的循環水泵(一用一備)。

　　2、切削現有水泵葉輪直徑，達到降低揚程，減小水泵的軸功率的目的。

　　當然，第一方案為最佳方案，但由于正處于供暖期間，更換新水泵必然拆除舊泵，重新澆注泵砼基礎和配接管道，這樣必然會造成熱力站停運。為了既不影響采暖供熱，又能解決問題，采用第二方案為上策。雖然切削水泵葉輪直徑降低揚程會相應減小流量，但是可以肯定，切削葉輪后的水泵在運行中，起碼能將水泵出口閥門全部打開，流量增大運行效果比當前好的很多。

　　最終，選定采用切削水泵葉輪的方案，通過咨詢水泵制造廠家的技術人員，將水泵葉輪的直徑切削下20mm。葉輪切削完畢安裝后運行效果十分理想，不僅水泵出口閥門可以全部開展，而且直混式換熱器在蒸汽加入運行過程中消除了水擊振動的噪音。又通過室外管網的水力平衡調節，最不利和遠端的采暖用戶室內溫度都達到了18℃以上。

　　水泵葉輪切削后水泵運行各點的狀態參數見下圖：

四、水泵葉輪切削后的性能參數

　　水泵葉輪切削之后的理論計算性能特性參數是怎樣的呢?根據《泵與風機》教材中相似理論在泵與風機中的應用論述：“水泵在運行中，當轉速、葉輪尺寸及流體密度發生改變時，根據相似關系，進行性能參數及性能曲線的相似變換”。

　　泵與風機的相似定律反映了性能參數之間的關系。水泵設計制造是按“系列”進行的，同一系列中大小不等的泵都的相似的，也就是說它們之間的流體力學性質遵循力學相似原理。

　　為了滿足使用要求，對同一型號規格的水泵采用不同葉輪直徑，其性能也就不同。因此，為了改善在用泵的性能，切削泵的葉輪，使葉輪直徑減小，以達到揚程降低、接近管網阻力特性、降低功率和節能目的。

　　水泵葉輪直徑改變后的性能參數符合相似律，即：

　　G1/G=(D1/D)3 H1/H=(D1/D)2 P1/P=(D1/D)5

　　式中：

　　D ———— 葉輪切削前的直徑 mm

　　D1 ———— 葉輪切削后的直徑 mm

　　G ———— 葉輪切削前的流量 m3/h

　　G1 ———— 葉輪切削后的流量 m3/h

　　H ———— 葉輪切削前的揚程 m

　　H1 ———— 葉輪切削后的揚程 m

　　P ———— 葉輪切削前的功率 Kw

　　P1 ———— 葉輪切削后的功率 Kw

　　從以上三式表明：水泵葉輪改變時，流量與外徑比成三次方關系;揚程與外徑比成平方關系;功率與外徑比成五次方關系。

　　查閱循環水泵樣本資料：流量200m3/h，揚程50m，電機功率45Kw的水泵葉輪直徑為400mm;切削后的葉輪直徑為380mm，按此參數計算如下：

　　G1=G(D1/D)3 =200m3/h(380mm/400mm)3 =171.5 m3/h

　　H1=H(D1/D)2 =50m (380mm/400mm)2 =45.13m

　　P1=P(D1/D)5 =45Kw (380mm/400mm)5 =33.1Kw

　　通過上述計算可得出以下結論：切割減小水泵葉輪外徑將使水泵的流量減小、揚程降低及功率降低;更換加大水泵葉輪外徑將使水泵的流量增大、揚程提高及功率增大。

　　五、 幾點經驗

　　通過對以上實例問題的解決和分析，總結得出以下幾點經驗：

　　1、本采暖管網系統為了使水泵的特性曲線(最佳工作點)與管網特性曲線相吻合，采用切割水泵葉輪直徑的方法，這也只是個權宜之計，不能從根本解決問題。真正要達到高效節能、理想的運行狀況，還是需要認真核算現有采暖管網的阻力損失，繪制出管網特性曲線，依據管網特性曲線重新選配安裝循環水泵，以滿足采暖系統的需要。

　　2、熱力站中循環水泵的選擇應滿足系統中所需的最大流量和揚程，同時要使循環水泵的最佳工況點，盡可能接近系統實際的工作點，且能長期在高效區運行，以提高循環水泵長期運行的經濟性。

　　3、循環水泵的揚程確定要根據熱力站內部系統和室外管網系統的總阻力損失確定，必須認真計算，決不是越大越好。揚程偏高不僅軸功率急劇增加，浪費電能，重要的是泵的特性曲線與熱網特性曲線不能匹配，嚴重影響供暖效果。