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1、泳池循环泵选型设计与节能运行阮志坤牛义忠北京泳环环保科技102211 摘要本文介绍一种泳池循环泵选型设计方法，按本方法选用泳池循环泵，可使游泳场馆的能耗大幅度降低。关键词泳池循环泵选型设计节能运行泳池循环泵是游泳池水处理设备中最大的用电器。我国现有的游泳场馆能耗很高，电能铺张极大，24这种状况大多数与泳池循环泵选型不当有关 1。很多游泳池选用了过高扬程的泳池循环泵，造成电能铺张，这一方面是由于我国过去没有专用于游泳池水处理的低扬程泵，另一方面与设计人员一个生疏上的误区有关。有的设计人员认为，在泳池水处理系统总阻力算不准的状况下，考虑泳池循环泵的扬程应当宁高毋低高了，才能应对过滤器期终阻力的增加
2、；低了，系统就不能正常运转了。其实这是对循环泵特性不了解产生的多余的顾虑。本文下述的泳池循环泵选型方法能够全面计及这些因素，合理地确定泵的流量与扬程，使泵始终工作在高效区，对游泳场馆的节能降耗会有很好的效果。1 选型设计实例11 实例一：一个拟承办国际顶级竞赛的逆流式游泳池，以下参数，应选用什么型号的泳池循环泵。111 参数泳池容积 50m25m3.6m平均水深=4500m3，循环周期 5h, 循环流量 985 m3 /h ，选配石英砂为均质滤料的卧式过滤器2.4m5m4 台，过滤面积9.85 /台，滤速25 /h，反冲洗强度1215 L/s,承受臭氧消毒，活性炭吸附罐2.4m5m3 台，过流
3、面积 9.95 /台，流速 33m/h，市政热网高温蒸汽供热，板式换热器 BR30 型 2 台。112 设计计算在逆流式循环系统各部件选型已确定的条件下，首先要准确计算出各部件在不同流量流速下的阻力，对于过滤器来说还要分别算出过滤周期期初反冲洗后和过滤周期期终反冲洗前的阻力。具体计算方法请见有关设计手册或各部件生产厂家的说明书。本例的计算结果列于表1Q( m3/h)表1实例一系统在不同流量下的阻力计算值m 水柱序号部件名称及组成0330(开 1 台泵)660(开 2 台泵)990(开 3 台泵)1泵进水管路 DN30015m,阀门一个，弯头 4 个00.20.20.22毛发聚拢器00.20.2
4、0.23泵出水管路 DN25020m,阀门 2 个，弯头 4 个00.520.520.524循环总给水管路 DN400300m,阀门个2个，弯头400.501.914.305过滤器及其管阀，4 台全开期初期终000.402.901.604.13.506.06臭氧接触器及管阀00.10.20.47活性炭吸附罐及管阀00.31.22.68板式换热器，2 台始终全开00.31.22.59可调给水口及网格式管路系统00.20.81.810送水几何高度泳池深度 3.6+机房净高 4.4m均衡池运行水位 3m5.05.05.05.0系统总阻力 Ho( 循环泵实际工作扬程)期初期终5.05.07.7210.
5、212.8315.321.0223.5113 选型分析图1左半部画出的是 YHG400/20 型泳池循环泵的特性曲线HQ扬程流量，Q( 效率流量)，PQ( 轴功率流量)。现在我们试图选用此型泵作为实例一泳池循环泵，看是否能满足设计要求。我们在图1上部画出此型泵 2 台和 3 台并联运行的 HQ 特性曲线，并同时将循环系统期初和期终的总阻力特性也画在图上，我们可以得到两组曲线的 6 个交点，b ,b12,b 期初和 b31, b2, b ,( 期终)，3这就得到了 13 台此型泵实际运行的流量与扬程数据，将他们换算之后就可以在泵的特性曲线上画出它们的实际工况点。很明显b b , b b , b
6、b ,分别就是 3 台泵并联运行、2 台泵并联运行和单台泵运行332211时工况点从期初到期终的变化范围。114 选型结果图1泵的特性曲线上 cad 范围是泵的高效区，c 点是高效区小流量点，d 点是高效区大流量点， 中间 a 点是泵的额定工况点，具有最高效率，泵的选型设计就是要使泵的实际工作点落在 cad 之间的泵的高效区范围内。现在 b b 落在ca 之间，b b 落在ad 之间，这就是说，选用 YHG400/20 型3322泵 3 台作为本例泳池的循环泵是适宜的。正常过滤时 3 台并联运行，系统始终是高效的、安全的。夜间降速运行停 1 台开 2 台，系统同样是高效的、安全的。12 实例二
7、：一个具有以下参数的大学内的顺流式公共游泳池，应选用什么型号循环泵121 参数泳池容积 50m25m1.8m平均水深=2250m3 循环周期 6h,循环流量 394m3 /h ，选配石英砂为均质滤料的不锈钢立式过滤罐20232m4 台，过滤面积 3.14 /台，滤速 32m/h，反冲洗强度 1217L/s( 手动调控)，承受二氧化氯消毒。燃气热水锅炉供热，BR30 型板式换热器 10 2 台。122 设计计算在顺流式循环系统各组成部件设备选型已确定的条件下，首先要准确地计算出各部件在四个流量100，200，300，400 /h下的阻力，对于过滤器来说还要分别算出来过滤周期期初反冲洗后和过滤器周
8、期期终反冲洗前的阻力。计算方法在此省略，计算结果列于表2Q( m3/h)序号部件名称及组成100200300400(开 1 台泵)开 2 台泵o循环泵实际工作扬程期终1.244.48.7115.6表2实例二系统在不同流量下的阻力计算值m 水柱1池底回水口及管路0.030.10.220.42循环总回水管 DN40050m0.010.040.080.143每台泵进水管路 DN25010m,阀门 1 个，弯头 2 个0.030.100.030.104每台毛发聚拢器0.050.200.050.205每台泵出口管路 DN20015m,阀门 2 个，弯头 2 个0.200.350.200.356循环总给水
9、管路 DN250150m,阀门 2 个，弯头 4 个0.170.681.542.737过滤器及其管阀期初0.180.701.582.84 台始终全开期终0.371.453.275.88板式换热器升温开 2 台，保温开 1 台0.321.262.825.09池壁可调给水口及管路0.060.220.500.88系统总阻力 H期初1.053.657.0212.6123 选型分析图2画出 YHG200/12 型泵的性能曲线 HQ, Q,和 PQ ,我们来探讨此泵选作本例泳池循环泵，看能否满足设计要求。我们先把上述计算出的水流总阻力特性画在图2上，同时按流量加倍的原则画出 2 台泵并联运行的HQ 曲线。
10、现在我们就会得到两组曲线的 4 个交点：b ,b1期初和b ,b21期终。然后我们再从两台2并联运行的数据换算出泵的工况点流量与扬程，将它们画在泵的 HQ， Q，PQ 特性线上。124 选型结果图2泵特性曲线 cad 范围是 YH200/12 型泵的高效区，a 点是泵的额定工况点，效率最高，现在 b b ,就落在ca 之间，并且紧靠a 点，说明选YH200/12 型泵做本实例泳池的循环泵是可行的，系22统正常过滤时 2 台并联运行，系统工作在泵的额定工况四周，会有很高的效率。2、选型设计根本原则通过以上两个实例分析，我们可以得出以下 3 条泳池循环泵选型设计根本原则：(1) 一个泳池一套循环系
11、统，应选用 n 台同型号的泵作为系统的循环泵，一般来说，n 取 24 为宜，当n 2 时，可不用另设备用泵和反冲洗泵。(2) 泵的流量 Q 和 Q 与系统循环流量 q 之间的关系应按下式确定cacQ q /nQcca(3) 泵的扬程 Hc和 H 与系统总阻力 HaoH H H之间的关系应按下式确定coa实践证明，只要按以上 3 条原则选用泳池循环泵，泵在运行时总会是高效的、安全的。关键问题是设计计算时确定要将系统的总阻力 Ho计算准确。系统总阻力 Ho计算值的误差有多大？循环泵的型号流量、扬程和功率选得对不对？等系统建成运转后，测出泵进出口的压力差，就会马上等到验证。迄今为止，由于上述生疏上的
12、误区，大多数设计工程师都按 H H来确定循环泵的扬程，正好与上ao述选型设计根本原则3相反，这就是很多游泳馆的循环泵不能运行在泵的高效区而造成电能铺张的根本缘由所在。我们只要分析一下上述实例的具体数据，就不难找到产生上述误区的缘由。例照实例二， 系统在额定流量 400m3/h 时，过滤器的期终阻力要增加 3 米水柱。但随着系统阻力的增加，系统循环流量也随之减小，泵的工作点在泵的特性曲线上由 b 点期初向 b 点期终移动。在整个过滤周期的22始末，系统循环流量 qc 由 400m3/h 削减到 365m3/h，而系统总阻力 Ho 由 12.5 米水柱增加到 13 米水柱， 仅仅增加了 0.5 米
13、水柱。3、节能运行假设干问题31 减泵运行问题由 n 台循环泵并联运行的系统，在夜间或游泳淡季泳池治理人员很可能实行削减运行泵的台数，以节约电能，降低泳池运行本钱。但由此可能引起运行泵的电机过载，严峻时烧坏电机。泵的选型设计应 当考虑到这种状况，运行时实行相应的措施。在第一个实例中是 3 台泵并联运行的系统，假设停掉一台泵变成 2 台泵并联运行的系统，泵的工况区b b 始终处在泵特性曲线的ad区间内，因此，2 台泵可以长时间安全高效地运行。假设停掉 222台泵，系统只有一台泵运行，泵的工况区b b 处在泵特性曲线 d 点右方，泵的轴功率已格外接近泵11电机的额定功率，泵在此工况长时间运行会使电
14、机过热，是担忧全的。在其次个实例中是 2 台泵并联运行的系统，假设停掉一台泵变成单泵运行，其工况区b b11处在 d点右方，泵的轴功率已格外接近泵电机的额定功率，长时间单泵运行是担忧全的。在以上两个实例中，一般状况下不要实行单泵长时间运行，在特别状况下假设确有必要长时间单泵运 行，只要将泵出口阀门适当关小，使泵出口压力表读数增加，单泵的工况区b1b1就会向 d 点移动，泵电机不会过载，泵就能长时间安全的运行了。32 反冲洗用泵问题过去很多游泳池常常另设反冲洗泵，现在看来可以省掉这笔投资，不设反冲洗专用泵，也能圆满实 现过滤罐的反冲洗。在第一个实例中，单台过滤器的面积是 9.85 ，反冲洗强度
15、1215 L/S,这就要求泵供给反冲洗流量是 424 532 m3/h，由于这个流量很接近循环泵的Q =520m3/h，所以用单台循环泵实d现单台过滤器的反冲洗是可行的。在其次个实例中，单台过滤器的面积是 3.14 ，反冲洗强度 12 17L/S，要求反冲洗流量是141198m3/h,这个流量Qa=200m3/h,说明单台循环泵用作单台过滤器的反冲洗是适宜的。这里我们有必要顺便说一下如何实现反冲洗强度的调整问题。反冲洗强度调整，实际上是调整反冲洗流量，有两种具体操作方法：一是在过滤器的反冲洗污水排放阀前安装一个流量表，反冲洗时翻开污水排放阀，依据流量表数据人工把握此阀开度，实现反冲洗强度的调整
16、。二是假设一台过滤器冲洗时其它过滤器都是关闭的，并且只有一台泵运行，这时只要依据泵出口压力表的数值人工调整泵出口阀门的开度，即可实现反冲洗流量反冲洗强度的调整。33 均衡水池回收跌落水头能量问题逆流式游泳池水处理设备正常运行时，均衡水池内的水平面与游泳池水平面的高差，就是循环水泵 的送水几何高度。这个高差越大，要求循环水泵的扬程也就越大，泵的功率也就越大。假设在游泳池设 计时，千方百计降低这个高差，就能选用扬程相对较低的循环泵，这对游泳场馆节能具有格外重要的意 义。有的游泳池设计时就把包括均衡水池在内的全套水处理设备都安排在池底架空构造的地下室内，造 成上述两水平面高差到达 4m 以上，由溢流
17、回水槽管路跌落水头的能量完全不能回收，造成很大的铺张。在实例一中，如能将均衡水池加深到 7m，均衡水池的运行水位到达 5m，就可选用扬程再低 2m 的循环泵， 就能节约 10%的电能。由此可见，均衡水池是不应当放在游泳池底部的，而应放在游泳池一侧，并应把握均衡水池顶面比游泳池水平面的高差小于 1m，也就是尽量减小跌落水头的高度。在保证均衡水池有效容积的前提下使水池面积尽可能大，以防止运行时均衡水池内水平面降落太多。34 减小板式换热器阻力问题板式换热器是游泳池水最常用的加热设备。但是市售工业上通用的板式换热器具有流量小，温差大， 阻力大等特点，并不能满足游泳池的循环流量大，温差小、阻力小等要求
18、。但是迄今没有游泳池专用的 换热器，几乎全部游泳池都还是借用这种市售的工业上通用的板式换热器。为了降低换热温差和流体阻 力，设计上实行局部循环流量 1/51/3的水通过板式换热器加热后再与不加热局部的水混合的方法。仅管实行如此方法，流体阻力压降照旧会高达0.05Mpa，相当于循环泵要用 5m 扬程抑制这种板式换热器的阻力。为了节约这局部能量，笔者建议实行以下方法：在计算板式换热器的换热面积时，按游泳 池正常保温运行时的换热量确定单台面积。一套系统应安装这样面积同型号板式换热器两台，游泳池水 初次加热升温运行时必需开两台，正常保温运行时从换热量来说开一台就可以了，此时压降 0.05Mpa，但为了
19、减小流体阻力此时照旧开 2 台，压降就减小为 0.025Mpa，这样在系统总阻力的计算中，板换局部的压降就可按 0.025Mpa 计算，这样在泳池循环泵选型时就可以考虑扬程较低的型号了。实例一已经承受了这个方法，如在实例二中也承受这个方法，选用更低扬程的循环泵，可节约 20%的电能。参考文献1、 阮志坤，牛义忠 . 我国游泳池高能耗的缘由及降耗对策，给水排水，2023，316：70 72第 15 卷入编发排稿编审号：6WMDD066.3 作者简介阮志坤 ，正高级工程师，男，1938 年 8 月生，浙江上虞人，毕业于中国科学技术大学。现任北京泳环环保科技总工程师，兼任中国游泳运动协会游泳装备委员
20、会常委。工作中始终严 格要求自己，身体力行实践“三个代表”的重要思想，开拓创，与时惧进，取得了优异的成绩。 19641978 年在中科院力学争论所从事试验空气动力学争论工作，完成多种飞行器模型的试验任务，为国防建设作出了奉献。19781988 年在中科院工程热物理所主持先进航空发动机试验设备一跨声速叶栅风洞的建设，同时从事风能利用争论，研制成功两种家用风力发电机组，在内蒙、疆等省区推广 3 万台件， 为风电在边疆民族地区的普及应用作出了奉献。数以万计的牧民家庭有了电灯电视机，从今蒙古包夜晚 就有了光明，还可以直接听到北京的声音，牧民们开心的称此为其次次解放。在此期间，在机械工程 学报等五种学术
21、刊物上发表“水平轴风力发电机组 CAD 系统”等十几篇重要学术论文。1988 年参与筹建由著名科学家昊仲华教授任董事长的北京科能能源与动力争论进展中心，历任总工程师、总经理。在 此期间，在水泵设计中应用吴氏三元流淌理论取得重要成果。承受浮动叶轮方法，实现离心泵轴向力的 完全自动平衡，研制成功型输油泵，在大庆、成功、华北、疆等油田得到了应用。担当并努力完成 国家“八五”科技攻关工程，享受国务院颁发的政府特别津贴。1996 年应聘担当北京能环科技公司总工程师，主持大功率立式磁力传动泵的工业性应用试验，取得重大技术进展。开发成功 CW 系列泳池吸污机， 推广应用于全国 31 个省市的 1000 多家
22、游泳场馆，使每个游泳场馆年节水数千吨，为节约水资源作出了重大奉献。1999 年 10 月创办北京泳环环保科技，阮志坤在公司网页上写下“面对人类全纪元， 心系全球环境保护”的条幅，马上潜心研制型过滤器，决心为水资源的节约和水的净化作出更大的贡 献。经过两年多时间的努力，研制成功了整体式上向流过滤器和双筒低压过滤器，并取得了专利权(专利 号 ZL002361159 和 ZL01204007X)。2023 年觉察我国很多游泳场馆存在着电能铺张的严峻状况，经过三年时间的调查争论，找到了我国泳池高能耗的缘由，并提出了降耗的可行方法，在(“八一”和“亚太” 两个游泳馆试点，取得了每个馆年节电八、九万度的优异成绩，相关技术论文发表于给水排水杂志2023 年 6 月号“雄关漫道真如铁，而今迈步从头越!”阮志坤虽然已是 67 岁的老人了，身体也不很好，可是为了环保事业的进展，为了中国社会的文明进步，决心连续干下去，生命不止，奋斗不息。