1、空調水系統設計中水泵設備的計算機選型*江蘇省建設廳科技計劃項目（錫建總（2002）第15號）馮小平1，3 吳航明2 龍惟定31. 江南大學土木工程系，江蘇，無錫，214122；2. 江南計算技術研究所，江蘇，無錫，2140013. 同濟大學中德工程學院，上海， 200092摘 要：水泵是供熱空調系統中的關鍵設備，人工選擇只能對有限幾臺水泵進行選擇，難以選出最優水泵。本文依據水泵特性方程特點及其個體特性方程與類型特性方程之間的變換數學模型，介紹了水泵選型原理、水泵信息在計算機內的存貯和用計算機實現水泵優選的方法，并在某工程的空調系統設計中得以應用。關鍵詞：水泵；優選；供熱空調系統設計 Optim

2、ization of water pump pattern in the Design of Central Heating and Air-Conditioning System FENG Xiao-Ping1，3 Wuhangming2 Longweiding3(1. Department of Civil Engineering, Southern Yangtze University, Wuxi, 214122 , China;2. Mechanical Engineering School, Tongji University, Shanghai, 200092, China ；3.

3、 Sino-German School of Applied Sciences, Tongji University, Shanghai, 200092, China ；Abstract: Water pump is the key equipment in the water system for the central heating and air-conditioning system. It is difficulty to select optimal water pump using artificial method. Based on the characteristics

4、of the water pump performance equation and the mathematical model of the transform between individual and type performance equation, the principle of optimization of water pump type is introduced and the methods of storing water-pump message in computer and optimizing water pump pattern are presente

5、d. The program developed by the methods was applied in a practical engineering.Key words：Water pump; Optimization; Central heating and air-conditioning system design0 引言水泵的選擇是空調水系統設計的主要內容之一。水泵的選擇的合理如何，直接影響到系統運行的安全性和經濟性。目前可供選擇的水泵的型號較多，能滿足系統運行的水泵往往有多種。使用傳統的人工方法選擇水泵設備，很難將所有的水泵都考慮進去。而使用計算機選擇水泵，便于讓各種類型的水

6、泵都參與比較，選擇最佳的水泵。1 水泵工作特性的數學描述 水泵運轉時，其工作壓力H、軸功率N和效率與工作流量Q之間的函數關系。這些關系在坐標圖上用曲線來表示，也可用n次多項式表示。其水泵特性方程可以使用最小二乘法和拉格郎日插值法等方法確定12。2 水泵特性方程之間的變換 對統一類型的水泵，其主要工作參數（壓力、流量、功率和效率）之間服從比例定律。從一臺水泵的個體特性曲線，利用比例關系可以求出另一臺同類型的個體特性曲線，還可以求出該類水泵的類型特性曲線。若已知某水泵的類型特性曲線，也可以求出該類水泵特定轉速和直徑條件下的個體特性曲線1。2.1 水泵個體特性方程與類型特性方程之間的變換 根據水泵理

7、論，對于某一類型的水泵，其壓力系數、流量系數、效率系數、功率系數之間與個體水泵工況點之間的存在下列函數關系。 （1） （2） （3） 同類型個體水泵的壓力，Pa 同類型個體水泵的流量，m3/s 同類型個體水泵的功率，Kw 流體的密度，kg/m3 動輪外緣的圓周速度，m/s , （4）將式（4）代入式（1）、（2）、（3），可得： （5） （6） （7）2.2 類型壓力與個體壓力特性方程之間的關系 用二次方程式（8）描述水泵的類型壓力方程 （8）同類型的個體水泵，當轉數為n, 直徑為D時壓力特性方程為式（9） （9）令 則可推導出 一般式為： （10）2.3 類型效率與個體效率特性方程之間的關系

8、 用二次方程描述水泵的類型效率方程 （11）同類型的個體水泵，當轉數為n, 直徑為D時效率特性方程為 （12）使用同樣的方法，可得出一般式（20）: （13）3 水泵選型及工況點計算3.1 水泵優選原理 用計算機進行水泵優選必須把所有的水泵信息，如水泵型號、尺寸、特性數據等，存貯到計算機中并讓計算機能夠進行識別。人工選擇水泵通常是用比較判斷法。根據系統的壓力和流量要求，用圖解法或查表法對所有的水泵進行判斷，看是否滿足系統設計的需要，并比較其工況點參數，以選擇最合適的水泵。用計算機選擇水泵則通常采用篩選法，即把不滿足系統要求的水泵篩去。然后求出入選的水泵工況點參數，再進行比較，選出最優水泵2。

9、對水泵進行選型，必須首先明確選型標準。選出的水泵應滿足下列要求： （1）入選水泵必須滿足在最不利情況下系統的壓力、流量要求。 （2）水泵的工況點必須位于其合理工作范圍以內。（3）在滿足上述要求的前提下，入選水泵的功率應盡可能小， 以便盡可能地降低運行能耗。因此，功率最小就是水泵優選的標準。3.2 水泵信息在計算機內的存貯 （1）水泵型號的存貯 為便于計算機的識別，用代碼表示水泵的型號。各類水泵的型號代碼盡量與型號實用字符一致。每一類水泵用一個代碼，如單級單吸清水離心泵IS65-50-160的代碼為IS65_50_160，對管道泵如ISG200-400用代碼ISG200_400表示。（2）水泵直

10、徑和轉速的存貯各類水泵的直徑和轉速，取自產品樣品中所列的標準和標準轉速。按表1所列格式的存貯在計算機內，其中的序號為水泵類型序號，與水泵型號的排列次序一致，以便計算機查詢。表1 水泵參數表序號標準直徑數標準直徑（mm）標準轉速數標準轉速（r/min）14125，160，200，25021450，2900根據表1所列的數據，計算時可查出對應于任意類型、直徑、任一轉速的個體水泵。（3）水泵特性數據的存貯 水泵的類型特性方程與同類型水泵的個體特性方程可以相互變換。為減少數據輸入量，節約計算機內存，計算機只存貯各類水泵的類型特性方程。在選擇計算時按式（10）和式（13）求出任一臺個體水泵的特性方程。各

11、類水泵的三個特性方程中，只需知道壓力特性方程和效率特性方程即可，因此計算機可以只存貯各類水泵壓力特性方程和效率特性方程的系數。各類水泵的壓力特性曲線的合理工作段和效率曲線，用二次方程進行描述可得到足夠的精度。因此，對于壓力特性方程和效率特性方程可以用二次多項式。根據上述原則，將各類水泵的特性曲線，用最小二乘法擬合成二次方程，得到水泵壓力特性方程和效率特性方程的系數。按表2的格式存貯。表2 水泵類型壓力特性方程和類型效率特性方程的系數序號類型壓力特性方程系數類型效率特性方程系數常數項一次項二次項常數項一次項二次項（4）其它數據 為了控制和掌握各類水泵的合理工作范圍，需要確定各類水泵的類型壓力曲線

12、的合理工作段的上、下界點?？梢允褂蒙辖琰c的壓力和流量，下界點的流量對各類水泵的合理工作范圍進行限定。其參數均采用無因次量，即壓力用壓力類型系數，流量用類型流量系數來表示。計算時可式（5）和式（6）換算成同類型個體水泵的壓力和流量。表3 水泵特性曲線特征點數據序號最大壓力（Pa）上界點下界點的流量流量壓力3.3 用計算機優選水泵的方法和步驟采用篩選法選出能滿足系統壓力和流量要求的若干臺“可用”水泵，并計算出各水泵的工況點參數。然后，將這些水泵按功率大小進行排序，并進行分類處理，即將同型號、同直徑的水泵劃歸一類。再將各類水泵中功率最小的一臺水泵記錄下來，可得出一組水泵，這些水泵都能滿足系統壓力和流

13、量要求，且在同類水泵中功率為最小。“可用”水泵是指能滿足系統壓力和流量要求的個體水泵。選擇的依據是水泵應負擔的壓力和流量。在水泵的選擇過程中，以類型、直徑和轉數組成多重循環，使各類水泵的所有個體水泵都參加比較，進行篩選，逐步把不滿足和的水泵篩去，最后剩下的水泵都是“可用”水泵。具體比較和篩選步驟如下：（1）將各類水泵的最大壓力與比較，若小于，則該類水泵全部篩掉。（2）初步劃定各臺水泵的合理工作區，用上界點壓力 和下界點流量 限定，將與，與 進行比較，若某臺水泵的，或 ，則將坐標點位于矩形ACIOA以外的水泵篩去（如圖1）。 （14） （15）式中 水泵壓力特性曲線合理工作區上界點無量綱壓力，P

14、a水泵壓力特性曲線合理工作區下界點無量綱流量，m3/s圖1 水泵合理工況選擇示意圖（3）對通過了上兩步篩選的水泵，求出水泵壓力流量特性方程，即求出各臺水泵壓力流量特性方程的系數。（4）求水泵的工作阻力數S。 (16)（5）求出水泵的個體特性方程后，用計算各水泵對應于的壓力值，若，則將該水泵篩去，這時雖然有，但坐標點 落在水泵特性曲線的外側，故應篩去。（6）為了限制入選水泵的功率，規定入選水泵的工況點流量不得大于1.3倍的。因此要把工況點流量大于1.3倍的水泵篩去，即把 的水泵篩去。（7） 通過了以上各步篩選的水泵，皆為入選的“可用”水泵。逐臺求出其工況點參數。實際上就是求個體水泵壓力流量特性曲

15、線和工作阻力數曲線的交點，即個體水泵壓力流量特性方程和阻力特性方程的根。 的根，求出水泵的工況點壓力： 水泵的工況點效率為 水泵的工況點功率為 式中： 功率備用系數，??； 水泵工況點流量，m3/s； 水泵工況點壓力，Pa；圖2 計算機程序框圖 水泵的傳動效率。（8）將入選水泵的型號、直徑、轉數、工況點壓力、流量、功率和效率等參數記錄下來。一般情況下，能滿足系統要求的水泵往往有若干臺，需綜合考慮各臺水泵的功率、效率、調節性能、價格等技術和經濟指標，結合具體情況，從入選水泵中確定出一個最優水泵。4、計算機程序的編制 根據上述算法，可以編制出計算機程序。程序框圖見圖23.5 水泵設計選型實例某廣場4

16、號樓，地下一層,地下二十七層，總建筑面積為35600m2 ，其中裙房三層,客房為415層,辦公為1627層。本工程采用集中空調系統，夏季空調冷負荷為4600Kw,冬季熱負荷為3600Kw，系統冷源采用蓄冰空調方式，熱源采用市政蒸汽,冷熱水管均來自地下冷凍站房。根據計算系統應提供的設計壓力值為375 Kpa（38.3mH2O），流量為352 m3/h，考慮備用系數，水泵應負擔的壓力為44 mH2O，流量為370 m3/h，運行水泵選型程序，滿足要求的水泵如表3所示。從兩臺水泵的工況點參數可以看出，管道離心泵ISG200-400(I)A在滿足流量和壓力的條件下，其軸功率和效率均優于IS200-15

17、0-400A。考慮調節性能、價格、安裝等技術和經濟指標，最終選擇水泵ISG200-400(I)A。表3 水泵選型程序運行結果序號水泵型號流量（m3/h）楊程(mH2O)軸功率（kW）效率（）轉速（r/mim）1IS200-150-400A373.7644.8757.4579.514802ISG200-400(I)A370.8244.1955.768014506 結束語供熱空調水系統設計是空調系統設計的重要內容之一。改變傳統的設計方法和計算手段，提高設計質量和效率是設計發展的必然趨勢。本文提供的水泵設備的計算機選型方法和編寫的計算機程序，可以實現水泵設備的自動選型。實踐證明，該方法可以大大簡化設計人員的工作量，提高設計質量和效率。參考文獻1 白擴社. 流體力學. 泵與風機M. 北京：機械工業出版社，2005.12 王惠賓，胡衛民，李湖生，編著.礦井通風網絡理論與算法M. 徐州：中國礦業大學出版社，199