采暖循環(huán)水泵并聯(lián)運行工況數學(xué)模型研究

第21卷第6期煤氣與熱力.文章編號:1000- 4416( 2001 )06 - 0499- 03采暖循環(huán)水泵并聯(lián)運行工況數學(xué)模型研究王昭俊(哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院黑龍江哈爾濱150090 )摘要:建立了單臺水泵及兩臺水泵并聯(lián)運行工況的數學(xué)模型進(jìn)行了模擬計算，兩臺水泵并聯(lián)運行最佳工況點(diǎn)的總流量比單臺泵運行流量增加約25 %功率增加40 %而在非最佳運行工況點(diǎn)并聯(lián)運行后總流量增加最少時(shí)不到6 %耗功率增加最大時(shí)為57 %。關(guān)鍵詞:采暖循環(huán)水泵并聯(lián)運行;最佳工況點(diǎn)中圖分類(lèi)號:TU995.1文獻標識碼:A1引言RXL系列水泵的特性回歸曲線(xiàn)方程為[7]H= ao+ a1Q+ a2Q2(1)采暖工程設計中為了滿(mǎn)足流量的要求常采用η=bo+biQ+b2Q2(2)循環(huán)水泵并聯(lián)運行方案。關(guān)于循環(huán)水泵的選型設計式中:Q一流量L/s;H-揚程,10Pan-效率,% ;已有介紹1-4]但對兩臺同型號采暖循環(huán)水泵并聯(lián)ao、a小a2、bov b1、b2一回歸曲線(xiàn)方程系數。運行方案是否經(jīng)濟節能看法不一。水泵并聯(lián)運行工管路特性曲線(xiàn)方程為況點(diǎn)可通過(guò)圖解法來(lái)確定據此可定性得出水泵并H= sQ2(3)聯(lián)運行總流量大于單泵運行的流量,小于各臺泵單.式中:H-管路阻力損失,10+Pa;s-管路阻抗，獨運行流量之和5。但兩臺泵并聯(lián)運行后總流量比10tPa s2/L? ;Q一流量,L/s。單臺泵運行流量究竟增加多少呢?通過(guò)熱水供暖系單臺泵運行工況點(diǎn)A的流量和揚程可通過(guò)方統循環(huán)泵運行狀況的實(shí)測數據得出:同型號水泵并程(1 )(3 )聯(lián)立求出,A點(diǎn)所對應的水泵效率點(diǎn)為聯(lián)運行實(shí)際流量增加最大不超過(guò)40 % ,而 且很大一C可由方程(2)求出。部分流量增加不足10 %[6。本文試圖通過(guò)建立水泵并聯(lián)運行工況數學(xué)模型,并以RXL系列水泵為例7]通過(guò)仿真計算進(jìn)一步地探討和驗證上述結論。如果.上述實(shí)驗結論具有普遍意義則將使人們重新考慮水泵并聯(lián)運行是否經(jīng)濟、合理、節能的問(wèn)題。這是系統優(yōu)化設計中所必須考慮的問(wèn)題。2單臺泵運行工況數學(xué)模型圖1 單臺泵運行的工況點(diǎn)圖1為單臺泵運行工況5]其中曲線(xiàn)1為管路中國煤化工特性曲線(xiàn)曲線(xiàn)II為水泵揚程-流量特性曲線(xiàn),E3MYHCNIM H C故學(xué)模型者的交點(diǎn)A即為單臺泵運行的工況點(diǎn),曲線(xiàn)III為泵的效率-流量特性曲線(xiàn)。圖2所示為兩臺同型號水泵并聯(lián)運行特性曲線(xiàn)*收稿日期:2001-01- 15作者簡(jiǎn)介:王昭俊( 1965- )女遼寧撫順人副教授博士生主要從事供熱與鍋爐的研究與教學(xué)工作。500王昭俊采暖循環(huán)水泵并聯(lián)運行工況數學(xué)模型研究2001年12月及工況點(diǎn),曲線(xiàn)1為管路特性曲線(xiàn),曲線(xiàn)II為單臺泵計算。運行揚程-流量特性曲線(xiàn),曲線(xiàn)II為兩臺同型號水泵并聯(lián)運行揚程-流量特性曲線(xiàn),該曲線(xiàn)是根據兩4模型求解 .臺泵并聯(lián)運行流量疊加、揚程不變"的原理由曲線(xiàn)II合成的。因曲線(xiàn)II近似為拋物線(xiàn)故曲線(xiàn)II也應近4.1單 臺泵運行工況數學(xué)模型求解似為一條拋物線(xiàn) ,曲線(xiàn)1與曲線(xiàn)III 的交點(diǎn)B為兩臺本文對RXL系列水泵在高效區(0.7~1.0)mmx泵并聯(lián)運行的工作點(diǎn)點(diǎn)B'為并聯(lián)運行時(shí)單臺泵的工作的四個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行了模擬計算其中點(diǎn)1的效工作點(diǎn)。曲線(xiàn)IV為水泵效率-流量特性曲線(xiàn)。率為泵的最高效率ηmax點(diǎn)2的效率為nmas的90% ,點(diǎn)3的效率為nmo.的80 %點(diǎn)4的效率為7m.的70%其計算結果見(jiàn)表1。表1單臺泵運行工況點(diǎn)數值計算表流量揚程效率阻抗水泵型號工況點(diǎn)(L/s) /10Pa/% 10-Pa 3?/L y1| 12.03| 11.74| 78.4981 0612| 15.97| 9.82| 70.6438 50380RXL.-113| 17.60| 8.80| 62.7928 430圖2兩臺同型號水泵并聯(lián)運行的工況點(diǎn)4| 18.85| 7.94| 54.9422 3511| 24.74| 13.61| 80.9022 244設曲線(xiàn)II方程為2| 32.69| 11.04 72.8110 329H = co+c1Q+ c2Q2(4)125RXL- 1335.989.7164.727 501式中:coC1、C2-回歸曲線(xiàn)方程系數。38.51| 8. 5956.635 793由圖2可知39.36| 20.39| 79. 3013 163Qp = 2Qp"(5)51.9517.12| 71.376 341Hp=H(6)150RXL- 203| 57.17| 15.39| 63 .444708因為點(diǎn)B'在曲線(xiàn)II上應滿(mǎn)足方程(1)即4| 61.17| 13.91| 55.513 718Hp = ao+ a1Qg + a2Q屆(7)64.34| 24.40| 80.225 894點(diǎn)B在曲線(xiàn)II上應滿(mǎn)足方程( 4)即2| 84.89| 20.14| 72.192 795200RXL-24 .Hp = co+ cqQp+ c2Q名(8)3| 93.40| 17.88| 64.172 050將(5)(6)(7)(8)聯(lián)立求解得4| 99.93| 15.95 | 56.151 597ao+ auQr + a2Qi = co+ 2cQw + 4c2QK(9)恒等式兩邊同冪次項系數分別對應相等故4.2兩臺同型 號水泵并聯(lián)運行工況數學(xué)模型求解Co=ao兩臺同型號水泵并聯(lián)運行工況點(diǎn)計算見(jiàn)表2,c1 = 0.5a1( 10)其中點(diǎn)1'.2'、3'、4'分別與點(diǎn)1、2、3、4相對應。= 0.25a2將式10)代入式(4)得5中國煤化工分析H = ao+ 0.5a1Q + 0.25a2Q2(11 )CNMHG若泵并聯(lián)運行后管路特性曲線(xiàn)不變(可通過(guò)調水泵的功率通常指輸入功率,即原動(dòng)機傳到泵節閥門(mén)實(shí)現) ,兩臺同型號水泵并聯(lián)運行工況點(diǎn)B軸上的功率故稱(chēng)軸功率。單臺泵運行工況點(diǎn)A所可通過(guò)方程( 3)( 11 )聯(lián)立確定,泵并聯(lián)運行時(shí)單臺需功率可由下式計算泵工作點(diǎn)B'所對應的水泵效率點(diǎn)D的值可由式( 2)NA = QsHμ/100ηc.(12)第21卷第6期煤氣與熱力501.式中:N- -水泵的軸功率.kW ;i -水泵的效率,%。的百分數。表2兩臺泵并聯(lián)運行工況 點(diǎn)數值計算表表4兩臺泵并聯(lián)運行流 量、揚程、功率增加值計算流量工流量增加值揚程增加值功率增加值水泵型號.工況點(diǎn)揚程/10Pa效率/%水泵(Ls)兄(Q*;/Q;-1.0)( H";/H,- 1.0 )| (N";/N;- 1.0)112.7613.1962.28型號/%80RXL- 11218.1512.6974.061|6.0312.4250.22320.8112.3177. 1480RXL.2|13.7029.2740. 19423.09.11.9278.37-11| 3|18.2739.8734.6426.6215.7664.1822 .5450.1528.99 .38.0114.9276.69125RXL- 137.6215.8157.0943.7114.3379. 83125RXL2|16. 2749.2448.6713.72-133|21.4747.5545.3041.7222 .9162.1826.38_59.71 ，41.3359.0022 .0774.43150RXL- 205.9812.33 .51.82，67.49_21.4577.72150RXI 213.5628.9740.4274.7820.7979. 10-2018.0639.3834.3168.4327.6062.974|22.2549.4528.20 .97.4026.5275.57200RXL- 24111.8925.6678.88 .200RXL 26.3513.1053.2314.7431 .66 .44.32124.47_24.7480.13 _-24|319.8043.5124.5655. 1535.42表3水泵功率計 算表[況點(diǎn)單臺泵運行時(shí)兩臺泵并聯(lián)運行時(shí)6結論水泵的功率/kW水泵的總功率/kW1.7632.6492. 1743.048(1)兩臺同型號水泵并聯(lián)運行流量比單臺泵運80RXL-112.4183.255行流量有所增加增加的幅度隨單臺泵流量的增大2.669而增加其增加值為5.98 %~26. 38 %。4.0796.408 .4. 856_7.247(2)單臺泵揚程隨著(zhù)流量增大而明顯減小,而5.2917.688兩臺同型號水泵并聯(lián)運行后其揚程隨著(zhù)流量增加而5.725_8.091緩慢減小在泵運行高效區4'點(diǎn)比1'點(diǎn)的揚程僅減9.92015.06112.211 _17. 147少約10~ 30 kPao泵并聯(lián)運行后其揚程比單臺泵運13.58918.251行揚程有所增加,且其增加值隨單臺泵流量的增加15.02519.262而明顯增大(由12.33%~59.71%)計算表明19. 18229.39223 .20833.493RXL系列水泵(低揚程、大流量)并聯(lián)運行工況點(diǎn)較25.50235.670穩定,比較適于并聯(lián)運行工況。27 .81637.667(3)泵并聯(lián)運行后功率比單臺泵運行功率明顯兩臺同型號水泵并聯(lián)運行時(shí)所需功率為并聯(lián)運增加,且隨單臺泵流量增加,增加值減小(由57.09%~28.20% )行的各臺泵功率之和即單臺泵的功率之2倍。遠行的是任工況點(diǎn)為1點(diǎn),即單臺Np = 2QwH:/100ηp = QgHp/100ηp ( 13)泵的中國煤化工% ~ 80.90% );兩臺水泵運行工況點(diǎn)功率計算見(jiàn)表3。同型:YHCNMH G況點(diǎn)為4'點(diǎn)(對應于表4給出了兩臺同型號水泵并聯(lián)運行后其流(下轉第504頁(yè))量、揚程、功率比單臺泵運行的流量、揚程、功率增加504●煤氣與熱力第21卷第6期Mathematical Model of Heat Transfer and Energy Saving of Vertical RetortZHOU Xue - hang( Gas - making Branch , Changsha Gas General Co. , Changsha 410153 , China )Abstract : The paper reports that based on one dimention space heat conduction theory of infinite flat plate , the mathe-matic model on heat transfer of vertical retort is established. Combinning the model with heat conduction theory , bymeans of reducing temperature and draft of the flue gas , adjusting end pressure of hot gas , and abating heat loss of hotgas pipe , the purpose of reducing lump coke consumption , saving energy , improving operation , and enhancing economicbenefit will be achieved .Key words : medium - temperature distillation ; vertical retort ; heat transfer model(上接第501頁(yè))單臺泵運行工況點(diǎn)4效率約為nma的70 % )此時(shí)[1]彭彥華.熱水網(wǎng)低負荷時(shí)循環(huán)水泵的揚程選型J].煤氣與熱并聯(lián)運行的各臺水泵皆在最高效率下工作( max=力1998 (4)61 - 62.78.37%~80.88%),且并聯(lián)運行總流量增加幅度[2]孟凡東. 熱水供暖系統循環(huán)水泵的選型J].煤氣與熱力2000，,(1)57-59.最大(22.25 % ~26.38 % )而消耗的功率增加最少[3] 呂江英楊明. 熱水采暖系統循環(huán)水泵的選塹J].煤氣與熱(28.20 %~41.33 % )力2000(2):159 - 160.(5)鑒于兩臺泵并聯(lián)運行后其流量增加最大為[4]權敏.熱水采暖系統循環(huán)水泵的選型與節能[J]煤氣與熱26.38 % ,而消耗的電能卻增加28.20 % ~ 57.09力2001 (1)74-77.%且設備初投資、占地面積、管理費用等都相應增[5] 周謨仁.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(第2版I M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1985.大故設計中應優(yōu)先考慮單臺泵運行方案若為便于[6]秦加昌白志輝.采暖循環(huán)泵運行工況與節能的探討[ J]建筑對系統進(jìn)行量調節建議使用變頻調速水泵。節能,997 (2)45-47.[7]王昭俊.采暖循環(huán)水泵的性能回歸曲線(xiàn)方程研究J]哈爾濱建參考文獻:筑大學(xué)學(xué)報2000(2)66 - 69.Study of Mathematical Model on Heating Circulation Pumpin Parallel Operation ConditionWANG Zhao- jun .( College of Municipal & Enwironmental Engineering , Harbin Institute of Technology , Haerbin 150090 , China )Abstract :The mathematical models on a single pump operation and two pumps parallel operation are set up in this paper .The results of RXL series pumps in parallel operation are calculated based on the data of numns for RXL series. The flowof two pumps parallel operation increases approximately 25 % moreJYH中國煤化工operaion and the powerincreases approximately 40 % more than that of a single pump operalc N M H Goperation. Iftwo pumpsin parallel operation is not at the point of optimum operation , the flow of two pumps in parallel operation increases about6 % more than that of a single pump operation , and the power increases at most 57 % more than that of a single pumpoperation. The best design scheme is the one of a single pump operation .Key words :heating circulation pump ; parallel operation ; optimum operation point