无底阀离心泵在地下水空调系统中的应用

1、工程概况
商厦总建筑面积11388.8 m²，共四层建筑，一层空调系统未运行，二、三、四层空调运行。夏季空调冷负荷Q_l=11388.8×10³（w），冬季空调热负荷Q_r=683.83×10³（w），地下井供水量G=0.86×Q_l/Δt(回灌水温度17℃与地下水温度13℃之差)4℃=195m³/h，换热器换热面积Ｆ＝1138.88×10³/kΔt(k=1800w/m℃,Δt= 4℃)=158m^2，、，板式换热器二台（F=80m^{2 ）}），二台深井泵，每台 流量90m³/h、扬程50m、功率18.5kw;改造后采用一台无底阀离心泵代替深井泵，扬程32m , 流量187m³/h , 电机功率22kw.。
2 、空调冷源与热源
（1） 空调冷源
冷源地下水温常年保持在12～13℃，静态水位-6m, 动态水位-17m。地下水量充足，含水层以砾石和细沙为主。井水经过除沙、过滤后,不影响设备、管道正常运行。冷源出水温度12℃时，回灌温度16℃; 运行后期（9～10月份）冷源出水温度13℃时，回灌温度17℃。空调冷水温度16.3℃，经过风机盘管对流交换后回水温度19.9℃.
（2） 空调热源
热源采用2.8Mw热水锅炉一台，提供65/50℃热水，作为冬季热源。
3、冷源存在的问题
由于海水倒灌地下井水含盐量较高，深井泵在井下采用环氧树脂防腐保护层，虽然延长一定使用时间，仍不能满足使用要求。由于环氧树脂保护层与泵体相结合不严密没有达到防渗的效果。首先泵体螺栓开始腐蚀造成泵体脱节，导致电机烧毁。针对这种现象我们采用无底阀离心泵代替深井泵的方案取得成功。
（1）离心泵选型
地下水空调冷源系统阻力H=（7～8mH₂o），水流量187ｍ^３／ｈ，离心水泵吸程动态地下水位-（17～20）m，所以离心水泵消耗压头(25～28)mH₂o左右。即所选水泵扬程32m, 流量187m³/h,功率22kw, 汽蚀余量4.0mH₂o , 水泵名义吸上高度[10.33-（4.0+0.05考虑增加量）]=5.5m, (实际吸程高度H<5.5)。大多水泵吸水管低端都装有底阀，由于加装底阀带来诸多不便，增加水泵吸程阻力、阀门关不严漏水等经常出现，降低工作效率而且能量损失很多。
无底阀水泵可以克服上述问题，同时增加水泵吸上高度。底阀启闭活塞门的重量大约1kg, 液体对底阀启闭门的浮力↑F_浮力=V_Fe×9.8=0.128（V_Fe单位重量金属铁体积）×9.8=1.25（N），所以1kg底阀将使水泵吸水管水头损失9.8-1.25=8.55 mH₂o,水泵吸口至动态平衡水位垂直距离17m，水泵实际吸上高度H_s=5mm，仍差12m的吸程，液体重力功为P=ρvhg/3600=1×1×12×9.8/3600=0.0327kw,单台水泵每提升1m³水，功率损失0.0327kw。由于去掉铸铁底阀，在1atm大气压和水泵吸程始终保持一定的真空度共同作用下实现离心泵与深井泵功能转换。地下水空调系统见图一。

4、5快开阀、6换热器、7空调末端、
8空调循环泵、9深井、 10集分水器。
（2） 无底阀水泵工作原理
采用无底阀离心泵代替深井泵，首先需要解决的问题是水泵腔内始终充满液体，必须保证管道、阀门、连接件和机械密封各处无渗漏外，在水泵出口部位设计一种时间电路控制执行机构来封住水泵吸程水柱由静态（-6m）降至动态地下水位（-17m），是通过消耗水泵有用工来实现的（也可以用手动阀门来完成上述过程）保持水泵腔内始终充满水。电气原理如图2示。其次将水泵过流断面采用聚丙烯防腐处理或采用海水泵，以防海水侵蚀。启动如图1示，首先将快开阀门5关闭，快开阀门4开启，活塞泵3开始工作 ，将地下静态水(-6m)提升至泵体内，将泵腔内气体排净。活塞泵出口溢流出水，离心泵腔内气体排净后，气动阀门4关闭，延时启动深井水泵，压力上升，气动阀门5打开向系统内供水。水泵需要停止工作时，阀门5先关闭，水泵控制电路控制水泵延时停止工作。再次运行时可以直接启动深井泵不需要罐水抽引，表压开始上升后阀门5打开。向系统供水。动力消耗由原来两台18.5kw深井泵，降为一台22kw无底阀离心水泵代替，原来深井泵扬程为50m，现在离心泵扬程为32m。.本系统操作手动和自动均可以，在通常情况下，手动即可。
4、系统评价
为了克服吸程解析气体对离心泵的影响，使离心泵也具有往复泵高吸程低管阻的特性。必须保证泵体、阀门、管道及连接件之间气密性。无底阀离心泵增加吸程高度，无气蚀、节能、实用性强。上述工程实践说明满足水泵初始工况，水泵吸程最大吸上高度H^′=扬程H^′ -（水泵出口水头损失+吸程阻力），离心水泵吸程与扬程是可以相互转换，水泵出口阻力越小越好。2008年6月改造至今，二年多实际运行表明，在地下水空调系统中，采用无底阀离心泵代替深井泵供水，不仅减少维修量，同时提高抽水泵可靠性和经济型，从而保证系统安全运行。
参考文献：
[1] 和平     供热工程，中国建筑工业出版社   1993
[2] 袁恩熙   工程流体力学，石油工业出版社   2005

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 无底阀离心泵在地下水空调系统中的应用

文章地址： http://www.qikanvip.com/jixie/431.html