由热源、热力站、热网和室内采暖系统组成的热水供暖系统是一个整体的系统工程，设计中忽略任何一部分都会严重影响系统运行和供暖效果。循环水泵是联接热源、热网和室内采暖系统的枢纽设备，是驱动热水在热水供热系统中循环流动的机械设备。通过它把温暖送给千家万户，所以，循环水泵，是供热系统中最主要的设备之一，选择得当与否，对供热系统的正常运行至关重要。
一、 问题的提出
有一供暖面积为12万建筑平米的民用住宅采暖系统，室内采暖形式为散热器，热源为饱和蒸汽，通过热力站交换出压力0.6MPa，供水80℃、回水60℃的低温热水送入采暖系统。站内主要设备的配置如下：直混式汽—水换热器三台(DN300);三台循环水泵(流量200m3/h ，扬程50m， 电机功率45KW， 转速1450r/min);两台补水泵;一台除污器(DN350)。
从循环水泵选择看，流量能够满足系统需要，扬程较高，且三台水泵，两台运行一台备用，应该没有太大的问题，但热力站在运行后确出现了以下问题：
1、 循环水泵两台并联运行时，水泵出口阀门开度只能开到1/4左右，不能全部打开，否则电机就会超电流掉闸保护。
2、 换热器不能正常运行，其故障现象是当蒸汽加热时水击振动严重，不能加大蒸汽的输送流量，噪音很大，而且水泵的噪音振动也很大。
3、 部分用户系统，尤其是最远端和不利点的用户室内温度达不到18℃，室外供热管网分支系统虽然反复多次调整，始终没有明显的改善，不能达到预期的供热质量效果。
二、故障的诊断分析
通过到热力站现场观察看到，采暖回水总管道(换热器、水泵吸入口前)压力0.30MPa;水泵出口(水泵出口止回阀和闸板阀前)压力0.78 MPa;采暖供水总管压力0.45 MPa(水泵出口止回阀和闸板阀后)。
系统各点的压力状态见下图：
采暖供水总管到循环水泵的出口距离也就是6m左右，但是它们之间的压力差却有0.33 MPa(0.78-0.45=0.33)，这么大的阻力损失来自何处呢?进一步仔细观察发现，运行中的两台循环水泵的出口闸板阀门的开度只有1/4左右，看来阻力损失来源于此处。询问运行人员为什么泵的出口阀门不全部打开?运行人员告之阀门全部打开后电机超电流，无法运行。由此看来问题的原因可以断定是循环水泵选配不当，其扬程太高，与采暖管网系统的阻力特性不相匹配。采暖管网系统是运行在一个闭式的循环系统，循环水泵的扬程选定，应该依据热力站内部系统和室外管网系统的总阻力损失确定。采暖管网系统中的循环水泵在运行中，它的工作点是随着管网系统中的阻力特性变化而改变的。由于本管网系统的阻力损失不大(根据供回水总管压差0.45-0.30=0.15)，也就是15m左右，而现有循环水泵的扬程是50m;所以，当循环水泵运行时，扬程降低，工作点就会向流量大的一点偏移，造成超过200m3/h流量，致使电机超电流不能正常运行。为了能将循环水泵开启运行，只好采取关小水泵出口阀门的开度，使其在3/4的状态下工作，虽然两台泵并联运行，其流量还是小于系统的需要流量。所以造成故障的根源在于循环水泵特性曲线与管网系统的特性曲线不相吻合，且无交叉点，如下图所示。
由此看来只要将水泵的扬程降到与系统管网的阻力特性相匹配，以上出现的故障问题必将迎刃而解。
三、问题解决方案和效果
找到了故障问题的根源，拟采用以下两个方案解决：
1、认真核算采暖管网系统的沿程和局部阻力损失，做出实际管网阻力特性曲线，根据特性曲线和计算流量重新选配购置安装循环水泵。查阅单级单吸离心水泵样本可选择两台流量345m3/h ，扬程24m，电机功率37KW，转速1450r/min的循环水泵(一用一备)。
2、切削现有水泵叶轮直径，达到降低扬程，减小水泵的轴功率的目的。
当然，第一方案为最佳方案，但由于正处于供暖期间，更换新水泵必然拆除旧泵，重新浇注泵砼基础和配接管道，这样必然会造成热力站停运。为了既不影响采暖供热，又能解决问题，采用第二方案为上策。虽然切削水泵叶轮直径降低扬程会相应减小流量，但是可以肯定，切削叶轮后的水泵在运行中，起码能将水泵出口阀门全部打开，流量增大运行效果比当前好的很多。
最终，选定采用切削水泵叶轮的方案，通过咨询水泵制造厂家的技术人员，将水泵叶轮的直径切削下20mm。叶轮切削完毕安装后运行效果十分理想，不仅水泵出口阀门可以全部开展，而且直混式换热器在蒸汽加入运行过程中消除了水击振动的噪音。又通过室外管网的水力平衡调节，最不利和远端的采暖用户室内温度都达到了18℃以上。
水泵叶轮切削后水泵运行各点的状态参数见下图：
四、水泵叶轮切削后的性能参数
水泵叶轮切削之后的理论计算性能特性参数是怎样的呢?根据《泵与风机》教材中相似理论在泵与风机中的应用论述：“水泵在运行中，当转速、叶轮尺寸及流体密度发生改变时，根据相似关系，进行性能参数及性能曲线的相似变换”。
泵与风机的相似定律反映了性能参数之间的关系。水泵设计制造是按“系列”进行的，同一系列中大小不等的泵都的相似的，也就是说它们之间的流体力学性质遵循力学相似原理。
为了满足使用要求，对同一型号规格的水泵采用不同叶轮直径，其性能也就不同。因此，为了改善在用泵的性能，切削泵的叶轮，使叶轮直径减小，以达到扬程降低、接近管网阻力特性、降低功率和节能目的。
水泵叶轮直径改变后的性能参数符合相似律，即：
G1/G=(D1/D)3 H1/H=(D1/D)2 P1/P=(D1/D)5
式中：
D ———— 叶轮切削前的直径 mm
D1 ———— 叶轮切削后的直径 mm
G ———— 叶轮切削前的流量 m3/h
G1 ———— 叶轮切削后的流量 m3/h
H ———— 叶轮切削前的扬程 m
H1 ———— 叶轮切削后的扬程 m
P ———— 叶轮切削前的功率 Kw
P1 ———— 叶轮切削后的功率 Kw
从以上三式表明：水泵叶轮改变时，流量与外径比成三次方关系;扬程与外径比成平方关系;功率与外径比成五次方关系。
查阅循环水泵样本资料：流量200m3/h，扬程50m，电机功率45Kw的水泵叶轮直径为400mm;切削后的叶轮直径为380mm，按此参数计算如下：
G1=G(D1/D)3 =200m3/h(380mm/400mm)3 =171.5 m3/h
H1=H(D1/D)2 =50m (380mm/400mm)2 =45.13m
P1=P(D1/D)5 =45Kw (380mm/400mm)5 =33.1Kw
通过上述计算可得出以下结论：切割减小水泵叶轮外径将使水泵的流量减小、扬程降低及功率降低;更换加大水泵叶轮外径将使水泵的流量增大、扬程提高及功率增大。
五、 几点经验
通过对以上实例问题的解决和分析，总结得出以下几点经验：
1、本采暖管网系统为了使水泵的特性曲线(最佳工作点)与管网特性曲线相吻合，采用切割水泵叶轮直径的方法，这也只是个权宜之计，不能从根本解决问题。真正要达到高效节能、理想的运行状况，还是需要认真核算现有采暖管网的阻力损失，绘制出管网特性曲线，依据管网特性曲线重新选配安装循环水泵，以满足采暖系统的需要。
2、热力站中循环水泵的选择应满足系统中所需的最大流量和扬程，同时要使循环水泵的最佳工况点，尽可能接近系统实际的工作点，且能长期在高效区运行，以提高循环水泵长期运行的经济性。
3、循环水泵的扬程确定要根据热力站内部系统和室外管网系统的总阻力损失确定，必须认真计算，决不是越大越好。扬程偏高不仅轴功率急剧增加，浪费电能，重要的是泵的特性曲线与热网特性曲线不能匹配，严重影响供暖效果。
