水泵与冷却塔的选型计算

水泵选型及计算：

水泵是一种流体机械，是将原动机的机械能或其他能源的能量传递给泵所输送的液体，使液体的能量（压力、位能和动能）增加的机械。

水泵的分类：

1. 单级泵：只装一个叶轮的泵位单级泵。

2. 多级泵：指装有两个或两个以上叶轮的泵。

3. 立式泵：水泵和电机在同一垂直线上的泵。

4. 卧式泵：水泵和电机在同一水平线上的泵。

1. 叶轮：是离心泵的主要过流部件，其主要把原动机的能量传递给液体。

叶轮常用铸铁、铸钢、合金钢或其他材料制成，分单吸式叶轮和双吸式叶轮，有两个伦盖构成，一个盖板带有轮毂，称为或盖板。叶片一般6-12片，视叶轮用途尔定。

2. 离心泵压水室：是指叶轮出口法兰盘至泵出口法兰盘的过流部分，作用是将叶轮中流出的液体收集起来并送到下一级叶轮或管道系统中，降低叶轮出来液体的流速，实现动能到压能的转化，以减少液体在下一级叶轮或管道系统中的损失，消除液体流出叶轮后的旋转运动，也避免由于这种运动带来的水利损失。

3. 离心泵的吸水室：是指泵进口法兰盘到叶轮入口前泵体的过流部分。吸水室的水力损失要避压水室中的小的多，因此吸水室的重要性较低。吸水室的设计影响水泵的抗空化性，因此吸水室的设计在损失最小的情况下应保证验吸水室的流速尽可能均匀分布，并将吸水室泸内的流速平稳地变为叶轮的入口速度。

4. 轴：用来传递扭矩，驱动叶轮旋转。轴上固定用泵的叶轮、轴承、密封装置及联轴节等部件。

轴受理复杂，受到有重力、叶轮旋转造成的离心力及叶轮外缘立不平衡造成的附加径向力作用，还受到静态支撑力和动态支撑力的作用。

一般选用有之碳素结构钢或高强度的合金钢制造。

5. 轴承：用来支撑转子部件，并承受转子零件上的多种载荷。

滚动轴承：摩擦系数小、机械效率高、安装方便。但耐冲击负荷能力差、噪声高。

滑动轴承：工作可高、平稳无噪声、能承受较大的冲击载荷。

6. 密封装置：为保证泵的正常工作，应防止液体外漏和内漏，或外界空气吸入泵内，必须在叶轮与泵壳闲、轴与壳体闲装有密封装置。

6.1 填料密封：应用最广泛的软填料密封，又称盘根和密封，它用油浸石墨的石棉绳做填料，放在盘根盒中。

6.2 机械密封：它是靠一对象对运动圆环的端面（一个固定，一个与轴一起旋转）相互贴合形成微小轴向间隙起密封作用。

分为：静环和动环。

转轮入口的密封环又称为口环，用来防止液流从叶轮出口经过桥体育叶轮外壁间隙返回叶轮进口的内泄漏，以提高水泵的容积效率。

水泵的各部件及参数：

1. 水泵的参数

扬程：离心泵出口截面和进口截面的单位质量液体的能量差。

扬程用H表示，单位为米（m）。

H=(P2-P1)/ρg (P2= 出口压力，P1=进口压力)

泵的压力用P表示，单位为Mpa（兆帕）

H=P/ρg 。如P为10kg/cm ² ，则H=(10kg/cm ² )/(10000kg/m ³ )

=(10000kg/m ² )/(1000kg/m ³ )=10m ，得出：1Mpa=10m。

流量：单位时间通过水泵截面的液体量（体积或质量）。

流量用Q表示，计量单位：立方米/小时（m ³ /h），升/秒（l/s）。

L/s=3.6m ³ /h=0.06 m ³ /min=60L/min 。

G=Qρ ；G为重量，ρ为液体比重。

例：某台泵流量50 m ³ /h，求抽水时每小时重量？水的比重ρ为1000公斤/立方米。

解：G=Qρ=50×1000(m ³ /h·kg/m ³ )=50000kg/h=50t/h。

泵效率：指泵的有效功率和轴功率之比。η=Pe/P。

泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用P表示。

有效功率即：泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。

Pe=ρg ；QH(W)或Pe=γQH/1000（KW）

ρ：泵输送液体的密度（kg/m ³ ）；

γ：泵输送液体的重度 γ=ρg （N/m ³ ）；

g ：重力加速度（m/s）；

质量流量 Qm=ρQ (t/h 或 kg/s)

5. 汽蚀余量

吸程：泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。

吸程即为必需汽蚀余量。Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。

吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）。

标准大气压能压管路真空高度10.33米。

水泵的校核：

中央空调系统水泵选型-冷冻水泵：

1. 流量：水泵的流量应为冷水机组额定流量的1.1～1.2倍。（单台取1.1，两台并联取1.2）。

2. 扬程：冷冻水泵扬程估算方法， 所谓水泵的选取计算其实就是估算（很多计算公式本身就是估算的），估算分的细致些考虑的内容全面些就是精确的计算。

2.1 水泵扬程简易估算法一

暖通水泵的选择：通常选用比转数ns在130～150的离心式清水泵。按估算可大致取每100米管长的沿程损失为5mH ₂ O，水泵扬程（H ₂ O）：

Hmax=△P1+△P2+0.05L (1+K)

△P1为冷水机组蒸发器的水压降。

△P2为该环中并联的各个空调末端装置的水压损失最大的一台的水压降。

L 为该最不利环路的管长，K为最不利环路中局部阻力当量长度总和与直管总长的比值，当最不利环路较长时K值取0.2～0.3，最不利环路较短时K值取0.4～0.6。

附表：常用设备阻力表

冷冻水泵扬程实用估算方法二：

这里所谈的是闭式空调冷水系统的阻力组成，因为这种系统是最常用的系统。

1. 冷水机组阻力：由机组制造厂提供，一般为60~100kPa。

2. 管路阻力：包括磨擦阻力、局部阻力，其中单位长度的磨擦阻力即比摩组取决于技术经济比较。若取值大则管径小，初投资省，但水泵运行能耗大；若取值小则反之。目前设计中冷水管路的比摩组宜控制在150~200Pa/m范围内，管径较大时，取值可小些。

3. 空调未端装置阻力：末端装置的类型有风机盘管机组，组合式空调器等。它们的阻力是根据设计提出的空气进、出空调盘管的参数、冷量、水温差等由制造厂经过盘管配置计算后提供的，许多额定工况值在产品样本上能查到。此项阻力一般在20~50kPa范围内。

4. 调节阀的阻力：空调房间总是要求控制室温的，通过在空调末端装置的水路上设置电动二通调节阀是实现室温控制的一种手段。二通阀的规格由阀门全开时的流通能力与允许压力降来选择的。如果此允许压力降取值大，则阀门的控制性能好；若取值小，则控制性能差。阀门全开时的压力降占该支路总压力降的百分数被称为阀权度。水系统设计时要求阀权度S＞0.3，于是，二通调节阀的允许压力降一般不小于40kPa。

具体计算：

水系统（冷、热水）的水泵扬程Hp(m)按下式计算：

开式水系统：Hp=hf+hd+hm+hs

闭式水系统：Hp=hf+hd+hm

式中：hf-水系统总磨阻力损失，Pa；

Hd- 水系统总局部阻力损失，Pa；

Hm- 设备阻力损失，Pa；

Hs- 开式水系统的静水压力，Pa；

注：hd/hf值：小型住宅建筑在1-1.5之间，大型高层建筑在0.5-1之间。

冷却塔水泵：

冷却水塔扬程计算公式为：

扬程=管路沿程阻力+管路局部阻力+冷凝器侧的阻力+冷却塔中水的提升高度(从冷却水塔的底部水池到喷淋器的高差×0.0098MPa)+冷却塔布水器喷头的喷雾压力(引风式玻璃钢冷却塔约为0.02-0.05MPa，水喷射冷却塔约等于0.08-0.15MPa)。

摘自全国勘察设计注册公用设备工程师暖通专业考试复习教材。

补水泵选型：

A. 补水泵的压力应比系统补水点的压力高30~50Kp

B. 补水泵的流量计算

水泵扬程过大的隐患：

关于水泵扬程过大问题。设计选取的水泵扬程过大，将使得富裕的扬程换取流量的增加，流量增加才使得水泵噪音加大。

特别的，流量增加还使得水泵电机负荷加大，电流加大，发热加大，“换过无数次轴承”还是小事，有很大可能还要烧电机的。

水泵选型时其他注意事项：

1 ）各系统使用水泵时，选用相对应流体介质的水泵。

2 ）注意补水泵的补水量，计算要准确。

3 ）注意水泵使用环境，根据环境选择相应保护等级的水泵。

4 ）注意水泵进出口管径，需与水力计算的管径有所对应，一般管径比水泵管径大一号。

5 ）注意水泵运行噪音及电压等级等相关参数。

6 ）根据不同情况考虑水泵安全系数（冷冻水系统一般取10%）。

冷却塔的工作原理及分类：

工业生产或制冷工艺过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。从江、河、湖、海等天然水体中吸取一定量的水作为冷却水，冷却工艺设备吸取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海，这种冷却方式称为直流冷却。当不具备直流冷却条件时，则需要用冷却塔来冷却。

冷却塔的作用是将挟带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气。

冷却塔工作原理：

一般情况下，进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时，在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。从以上分析可以看出，蒸发降温与空气的温度（通常说的干球温度）低于或高于水温无关，只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低。但是，水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。当与水接触的空气不饱和时，水分子不断地向空气中蒸发，但当水气接触面上的空气达到饱和时，水分子就蒸发不出去，而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量，水温保持不变。由此可以看出，与水接触的空气越干燥，蒸发就越容易进行，水温就容易降低。

冷却塔在空调系统中的应用：

热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内，通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面；干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高晗值的热风从顶部抽，冷却水滴入底盆内，经出水管流入主机。

冷却塔构造示意图：

密闭式冷却塔工作示意图：

冷却塔的分类：

按通风方式分有自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔。

按热水和空气的接触方式分有湿式冷却塔、干式冷却塔、干湿式冷却塔。

按热水和空气的流动方向分有逆流式冷却塔、横流（交流）式冷却塔、混流式冷却塔。

按用途分一般空调用冷却塔、工业用冷却塔、高温型冷却塔。 

按噪声级别分为普通型冷却塔、低噪型冷却塔、超低噪型冷却塔、超静音型冷却塔。 

其他如喷流式冷却塔、无风机冷却塔、双曲线冷却塔等。

冷却塔的安装参考：

环境选择：

1 ）应避免装于防水信道、易反射音量的高墙，应装于屋顶或空气流通的地方。

2 ）两台或以上冷却塔并用时，应注意塔身间距。

3 ）不应安装在四面有外墙或密不透风的地方，并应注意塔身与外墙间距。

4 ）应避免安装有煤烟及灰尘较多的地方，防上面堵塞胶片。

5 ）应远离厨房及锅炉房等较热的地方。

安装要点：

1 ）基础应水平不能倾斜，冷却塔中心线垂直于平面，否则影响布置及电机工作。

2 ）对于175t以上的冷却出入水管应调协支座。

3 ）当两台或以上菜用水泵时，应在积水盆之间加一平衡水管。

4 ）循环出入水接驳，宜用避震喉连接。

5 ）冷却塔斯社风机叶片应与塔壁间隙一致，决不允许两面三刀侧间隙相差太大发现问题及时解决。

6 ）电机及减速器要定期检察检修，减速器应检查油位。

启动检查：

1 ）所有螺丝是否紧塔内是否有杂物。

2 ）风扇及淋水系统转动是否顺畅。

3 ）检查电源与马达电压是否一致。

4 ）皮带组合安装是否正确。

5 ）开启补水阀将水盆及水管完全注满，水位低于满水喉25mm。

6 ）起动时，先于水泵、后开风机，检查风向、及风量，及时调整直至达到要求为止。

7 ）停止时，先停风机后停水泵。

运行检查：

1 ）保持水塔内清洁，定期做水质处理。

2 ）运行约60h后，须重新检查皮带拉力确保正常。

3 ）齿轮减速箱油位及运行150h后须更换润滑油。

安装流程：

冷却水系统设计：

目前最常用的冷却水系统设计方式是冷却塔设在建筑物的屋顶上，空调冷冻站设在建筑物的底层或地下室。水从冷却塔的集水槽出来后，直接进入冷水机组而不设水箱。当空调冷却水系统仅在夏季使用时，该系统是合理的，它运行管理方便，可以减小循环水泵的扬程，节省运行费用。

实际设计时应注意以下几点：

1. 冷却塔上的自动补水管应稍大一点，有的按补水能力大于2倍的正常补水量设计；

2. 在冷却水循环泵的吸入口段再设一个补水管，这样可缩短补水时间，有利于系统中空气的排出；

3. 冷却塔选用蓄水型冷却塔或订货时要求适当加大冷却塔的集水槽的贮水能力；

4. 应设置循环泵的旁通止逆阀，以避免停泵时出现从冷却塔内大量溢水问题，并在突然停电时，防止系统发生水击现象；

5. 设计时要注意各冷却塔之间管道阻力平衡问题；按管时，注意各塔至总干管上的水力平衡；供水支管上应加电动阀，以便在停某台冷却塔时用来关闭；

6. 并联冷却塔集水槽之间设置平衡管。管径一般取与进水干管相同的管径，以防冷却塔集水槽内水位高低不同。避免出现有的冷却塔溢水，还有冷却塔在补水的现象。

制冷机冷却水量估算表：

冷却塔冷却水量可以按下式计算：

式中Q——冷却塔排走热量，kW；压缩式制冷机，取制冷机负荷1.3倍左右；吸收式制冷机，取制冷机负荷的2.5倍左右；

C—— 水的比热，kJ/（kg·℃），常温时C=4.1868 kJ/（kg·℃）；

t _w1 -t _w2 —— 冷却塔的进出水温差，℃；压缩式制冷机，取4~5℃；吸收式制冷机，去6~9℃。

管径估算：

冷却水系统的补水量包括： 蒸发损失、漂水损失、排污损失、泄水损失。

当选用逆流式冷却塔或横流失冷却塔时空调冷却水的补水量应为：电动制冷时补水量为循环量的1.53%，吸收式制冷时为循环水量的2.08%；粗略估算取 2%~3%。

还应综合考虑各种因素的影响，因蒸发损失是按最大冷负荷计算的，实际上出现最大冷负荷的时间是很短的，空调系统绝大多数时间是部分负荷下运行的，如果把上述补水量适当减少一点，绝大多数时间都能在控制的浓度倍数下运行，很短时间内水质超出要求的范围，不会对系统产生危害。

综上所述，建议冷却水系统的补水量取为循环水量的1～1.6%，电制冷、水质好时，取小值，溴化锂吸收式制冷、水质差时，取大值。

《空气调节设计手册》P801：一般采用低噪声逆流式冷却塔，使用在离心式冷水机组的补水率约为1.53%，对溴化锂吸收式制冷机的补水率约为2.08％。如果概略估算，制冷系统补水率为2-3％。

其它注意的几个问题：

1. 电动冷水机组的冷凝器进、出水温差一般为5℃，双效溴化锂吸收式冷水机组冷却水进、出口温差一般为6~6.5℃，因此，在选用冷却塔时，电动冷水机组宜选普通型冷却塔（Δt=5℃）；而双效溴化锂吸收式冷水机组宜选中温型冷却塔（Δt=8℃）； 

2. 选用冷却塔时应遵循《工业企业噪音控制设计规范》（GB/T50087-2013）的规定，其噪声不得超过下表所列的噪声限制值：

表3.0.1各类工作场所噪声限值

本文来源于互联网，暖通南社整理编辑于2021年7月27日。