循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)過載的原因分析

循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)過載的原因分析

問題1：關(guān)閉自動(dòng)投票的原因是什么？。解答專家(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院張錫虎教授級(jí)高級(jí)工程師,下同):循環(huán)水泵在運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)過載的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。水泵的銘牌揚(yáng)程和流量,有時(shí)用一個(gè)點(diǎn)(或三個(gè)點(diǎn))來表示。其實(shí)應(yīng)該是一根特性曲線所涵蓋的范圍。水泵的實(shí)際工作點(diǎn),并不是銘牌上的一個(gè)點(diǎn),而是在h-G特性曲線圖上系統(tǒng)特性曲線與水泵特性曲線的交點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際阻力損失小于循環(huán)水泵銘牌揚(yáng)程時(shí),水泵工作點(diǎn)的流量大于、揚(yáng)程小于水泵銘牌參數(shù)。GB50019—2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.8.10條規(guī)定:“采暖系統(tǒng)計(jì)算壓力損失的附加值宜采用10%”。也就是說,設(shè)計(jì)選用循環(huán)水泵所依據(jù)的系統(tǒng)壓力損失,應(yīng)為實(shí)際計(jì)算值的1.1倍。如果再加上設(shè)計(jì)的其他保守因素,水泵特性曲線與系統(tǒng)特性曲線的交點(diǎn),總是會(huì)偏向右下方向,因此,流量會(huì)大于、揚(yáng)程會(huì)小于水泵銘牌參數(shù)。水泵軸功率N的主體構(gòu)成因素是流量與揚(yáng)程的乘積:式中ρ為水在工作溫度下的密度,kg/L;G為水泵工作點(diǎn)的流量,L/s;h為水泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程,m;η為水泵樣本提供的工作點(diǎn)的效率。向右下方向偏移后的水泵實(shí)際工作點(diǎn)流量與揚(yáng)程的乘積,會(huì)大于銘牌流量與揚(yáng)程的乘積,特性曲線平坦的水泵更為明顯,而且該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的效率常會(huì)低于銘牌工作點(diǎn)的效率。這是水泵電動(dòng)機(jī)過載的主要原因。問題2:在實(shí)際運(yùn)行時(shí)怎樣來判斷水泵的實(shí)際工作點(diǎn)工況?解答專家:水泵的實(shí)際工作點(diǎn)工況包括進(jìn)出口的壓差、流量和電動(dòng)機(jī)電流值,最好能通過儀表直接進(jìn)行測(cè)量。一般情況下,水泵進(jìn)出口的壓差最容易得到。進(jìn)出口壓差基本上可以反映實(shí)際工作點(diǎn)的揚(yáng)程,根據(jù)進(jìn)出口壓差和水泵說明書給出的技術(shù)參數(shù),可以粗略估算出實(shí)際工作點(diǎn)的流量,并可用電動(dòng)機(jī)電流值校核。沿水流方向,水泵的進(jìn)口側(cè)常設(shè)有蝶閥和管道過濾器,水泵的出口側(cè)常設(shè)有止回閥和蝶閥。水泵進(jìn)口側(cè)壓力表應(yīng)緊靠水泵吸入口,如配置管道過濾器,管道過濾器前后都應(yīng)該設(shè)壓力表,以判斷過濾器的阻力;水泵出口側(cè)壓力表應(yīng)設(shè)在水泵出口止回閥之內(nèi)。但是,在處理工程故障時(shí),常可見到顯示水泵進(jìn)出口壓差的壓力表的配置位置不當(dāng),將進(jìn)口側(cè)壓力表設(shè)在管道過濾器之前,水泵出口側(cè)壓力表設(shè)在止回閥之后,這兩個(gè)壓力表的壓差,包括了水泵的揚(yáng)程、管道過濾器和止回閥的阻力,從而使這三個(gè)數(shù)值都不能得到。許多壓力表都有誤差,測(cè)量水泵進(jìn)出口壓差,最好用同一塊、且量程范圍較小的壓力表。問題3:循環(huán)水泵發(fā)生電動(dòng)機(jī)過載應(yīng)該怎樣處理?解答專家:處理的辦法無非是:1)如果系統(tǒng)實(shí)際阻力損失(即體現(xiàn)為水泵進(jìn)出口的壓差)略低于循環(huán)水泵銘牌揚(yáng)程(例如偏差小于20%)時(shí),可以關(guān)小水泵進(jìn)口(或出口)閥門的開度,使阻力與銘牌揚(yáng)程相接近。人為地增加阻力的操作當(dāng)然不節(jié)能,特別是對(duì)于特性曲線比較陡的水泵,但對(duì)于特性曲線比較平坦的水泵,增加的能耗并不很顯著。2)更換合適的水泵。3)切削水泵的葉輪。問題4:在許多情況下,也會(huì)出現(xiàn)流量不足和電動(dòng)機(jī)做功少的現(xiàn)象,這又是為什么?解答專家:這種情況也確實(shí)存在。第一種原因,可能是某些水泵的性能達(dá)不到額定指標(biāo),這在一些工程中屢見不鮮,應(yīng)該引起對(duì)設(shè)計(jì)選型和工程采購(gòu)的重視。第二種原因,則是系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)不當(dāng)。去年夏季我曾參與處理過某大型制冷站的運(yùn)行故障,深受教育。該工程采用了國(guó)際知名品牌的水泵,水泵品質(zhì)沒有問題。但額定流量950m3/h、揚(yáng)程39m的一組并聯(lián)雙吸離心泵,實(shí)測(cè)單泵運(yùn)行流量只有600～680m3/h;實(shí)測(cè)水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流過低。水泵樣本給出的特性參數(shù)見表1。顯然,水泵的實(shí)際工作點(diǎn)是2點(diǎn),即揚(yáng)程約為42m,所對(duì)應(yīng)的流量約為650m3/h,所對(duì)應(yīng)的功率約為100kW?？梢?這種水泵的特性曲線比較平坦,系統(tǒng)阻力變化對(duì)流量和軸功率的影響非常顯著。如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)阻力減小(例如揚(yáng)程選擇過高或多臺(tái)泵并聯(lián)只部分運(yùn)行)時(shí),工作點(diǎn)從A移向B,流量和軸功率顯著增加,這是常見的現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)阻力增加,例如網(wǎng)路阻力過大或并聯(lián)的環(huán)路關(guān)閉過多時(shí),工作點(diǎn)從A移向C,流量和軸功率會(huì)顯著減小,電動(dòng)機(jī)做功少,系統(tǒng)流量不足。此種現(xiàn)象不常見,但在這里發(fā)生了。經(jīng)過對(duì)水泵進(jìn)出口各點(diǎn)壓差的測(cè)量,得到了令人驚訝的下列數(shù)值:拆除了濾網(wǎng)的管道過濾器阻力約為3m,緩閉消聲止回閥的阻力高達(dá)約30m。也就是說,水泵實(shí)際工作點(diǎn)的42m揚(yáng)程,被管道過濾器和緩閉消聲止回閥占用了33m,占水泵實(shí)際工作點(diǎn)揚(yáng)程的79%。阻力過大的原因之一是水泵進(jìn)出口管段管徑過小和流速過大。本工程水泵進(jìn)出口管段的管徑均按照水泵實(shí)際口徑配置。以水泵額定流量進(jìn)行校核,進(jìn)口管段管徑為DN300mm,流速達(dá)3.51m/s,出口直徑比進(jìn)口直徑小一號(hào),為DN250mm,流速高達(dá)5m/s。水泵進(jìn)出口管段的管徑過小,特別是每臺(tái)水泵支路上配置阻力較大的構(gòu)件(如管道過濾器和止回閥等)時(shí),必然會(huì)造成很大的壓力損失。阻力過大的原因之二是管道過濾器。有些資料稱,管道過濾器的局部阻力系數(shù)ζ=1.5～3,這種數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確,應(yīng)與濾孔直徑和濾網(wǎng)目數(shù)有關(guān),在設(shè)計(jì)圖紙上一般并不提出具體要求,在實(shí)際工程中管道過濾器的阻力大多都比較大,常成為需要排除的運(yùn)行故障。阻力過大的原因之三是止回閥。止回閥種類很多,設(shè)計(jì)人員選用時(shí)一般并不去具體了解其阻力特性。尤其是有的所謂“緩閉消聲止回閥”的阻力很大。因阻力過大造成的運(yùn)行故障也時(shí)有發(fā)生。其實(shí),供暖空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程一般不會(huì)大于50m,停泵瞬間進(jìn)出口的壓差不致形成嚴(yán)重水擊,無需選用功能復(fù)雜且阻力很大的止回閥。總的來說,造成阻力過大的原因,大多是一些“細(xì)節(jié)問題”,但常常因?qū)@些“細(xì)節(jié)問題”的疏忽,而使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。這是“細(xì)節(jié)也會(huì)決定設(shè)計(jì)成敗”的典型教訓(xùn)。問題5:多臺(tái)水泵并聯(lián)的系統(tǒng),對(duì)單臺(tái)水泵流量的選擇有一些爭(zhēng)議,例如,設(shè)計(jì)流量為600m3/h,計(jì)算阻力損失為300kPa的系統(tǒng),如果采用兩臺(tái)水泵并聯(lián),選用水泵的銘牌揚(yáng)程需要略大于30m,這應(yīng)該沒有爭(zhēng)議。但是,應(yīng)該選用銘牌流量為300m3/h,還是應(yīng)該選用銘牌流量遠(yuǎn)大于300m3/h的水泵?就會(huì)有不同看法。請(qǐng)加以解釋。解答專家:產(chǎn)生不同看法的原因,是因?yàn)楫?dāng)只運(yùn)行一臺(tái)水泵時(shí),單臺(tái)水泵的工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際流量會(huì)大于、揚(yáng)程會(huì)小于水泵銘牌參數(shù)。可以在h-G圖上正確繪出單臺(tái)水泵和兩臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)各自的特性曲線,它們與(同一根)系統(tǒng)特性曲線的交點(diǎn),即為單臺(tái)水泵和并聯(lián)水泵各自的工作點(diǎn)。如圖2所示?？梢?1)兩臺(tái)水泵正常并聯(lián)運(yùn)行時(shí),其工作點(diǎn)2應(yīng)該大體上位于h2=30m,G2=600m3/h的位置。這個(gè)600m3/h流量是由兩個(gè)單臺(tái)泵在揚(yáng)程30m時(shí)的300m3/h流量所共同構(gòu)成的。2)運(yùn)行一臺(tái)水泵時(shí),其工作點(diǎn)揚(yáng)程由于水泵特性曲線與系統(tǒng)特性曲線的交點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程h1(即單臺(tái)水泵運(yùn)行所需要的揚(yáng)程)會(huì)遠(yuǎn)小于30m,流量G1當(dāng)然會(huì)大于G2/2。并聯(lián)系統(tǒng)單臺(tái)或部分水泵運(yùn)行時(shí),單臺(tái)或部分運(yùn)行的水泵流量要比同時(shí)運(yùn)行時(shí)對(duì)總流量的“貢獻(xiàn)”大。這并不奇怪,因?yàn)檠h(huán)管網(wǎng)阻抗并沒有變,管網(wǎng)總流量變小導(dǎo)致其總阻力變小,使單臺(tái)水泵工作點(diǎn)的揚(yáng)程減小了,對(duì)應(yīng)的流量當(dāng)然要增加。因此,不能反過來說,多臺(tái)水泵并聯(lián)的單泵流量就應(yīng)該考慮什么“并聯(lián)衰減”,而采用流量大一些的型號(hào)。問題6:并聯(lián)水泵只運(yùn)行一臺(tái)時(shí)的工作點(diǎn)流量,會(huì)大于對(duì)應(yīng)于并聯(lián)運(yùn)行額定揚(yáng)程的流量,是否也會(huì)發(fā)生如同前面所述的水泵電動(dòng)機(jī)過載現(xiàn)象?應(yīng)該怎樣處理?解答專家:是會(huì)發(fā)生如同前面所述的水泵電動(dòng)機(jī)過載現(xiàn)象。因此,北京市建筑設(shè)計(jì)研究院編寫的《建筑設(shè)備技術(shù)措施》(中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006)的16.2.7條之1提出:多臺(tái)并聯(lián)的定流量空調(diào)冷水和冷卻水循環(huán)泵等,必要時(shí)可設(shè)置自力式流量控制閥(動(dòng)態(tài)流量平衡閥)。并解釋說:并聯(lián)