在以水為介質加熱供冷的通路應用系統中,通路運輸的水流量就反映著攜帶的熱量或冷量,對加熱供冷至關重要。然而作為水力循環的核心動力——水泵,真正了解的卻不多。
溯本追源,廣大勞動人民在不斷的改造生存環境,改善自然的過程中;通過一代代人不斷努力創造、發明出來的無數智慧結晶中,水泵僅僅只是其中之一。
在古代“水”對于人類的生活和生產有著無可替代的重要作用。
大禹治水之后,許多引流水渠被建造,各種提水用具如:桔槔(jié gāo)、轆轤(lù lu)、水車等也相繼問世。
這些都是我國古老的農業灌溉工具,是先人們在改造生存環境的過程中創造出來的高超勞動技藝遺產。
遺憾的是東方文明因為各種原因,遲滯了之后的發展;反而是西方文明接過了“接力棒”,帶領人類進入工業革命時代,擁有了在密閉管路運輸的條件和能力。
水在暖通行業中被賦予了新的使命,成為承載熱量和冷量的介質。直到晚清時代,我們才使用“水泵”一詞翻譯一種通過葉輪、活塞等運轉,利用液體的摩擦力轉化動能的設備。目前暖通系統常見的水泵主要有離心泵和干、濕轉子泵。作為加熱供冷循環系統的主要動力輸出,這兩種水泵基本都是利用電流通過線圈產生的磁力,讓轉子連帶泵軸旋轉,進而帶動葉輪旋轉,使機械能轉化為液體位移的動能,從而推動管道水循環。
舉個例子,就好像水船尾的螺旋槳通過旋轉與水產生的摩擦力在推動液體位移的同時,液體也給螺旋漿一個反作用力推動船身前行。我們假設船身和水泵一樣無法移動,就會在原地通過螺旋槳(葉輪)旋轉的摩擦力,推動水流持續運動。(與之類似的還有生活中的電風扇,同樣也是利用葉輪摩擦力來推送出風。)
不同的水泵型號,或是泵軸旋轉的速率不同,或是葉輪葉片型號的差異(如葉輪直徑的大小,葉片的彎曲情況等),帶來的性能必然是不一樣的。而葉輪以自身大小按一定轉速旋轉的機械能,在實際應用中會被分化成:位能、靜能、動能(流體在某流通截面處的總機械能是流體的位能、靜能、動能三者之和: E總=E位+E靜+E動)。
位能、靜能、動能三者是可以相互轉化的。比如水泵葉輪旋轉推動液體移動,就是動能轉化成位能;當移動的液體被閥門或其它阻擋時,則動能(動壓)減小,而轉化為靜能,使靜壓力增大。比如水管上的閥門全關時,流速流量減小為0,動壓為0,靜壓力最大。
換言之在機械能總量不變時,轉化的揚程越多,則流量越少,反之亦然。于是我們得到結論:不同型號的水泵流量不盡相同。而相同型號的水泵用在不同的采暖系統中,因為揚程阻力的不同,流量也會有不同的變化。
值得注意的是,暖通是通路系統應用科學。廣泛應用的開式系統與閉式系統中,對水泵的應用選型也各有側重。通常開式系統水泵揚程需要克服液面提升的高差,而閉式系統側重克服系統中管道和設備的阻力。
所謂閉式系統與開式系統,其實簡單理解就是指系統是否和大氣環境相通。閉式系統在運行時通常為密閉管道,斷開與大氣相通,所以也就沒有液面高差,不需要考慮揚水高度(揚程),但需要克服系統中管道和設備的阻力。
當然有些開式系統雖然有開式膨脹水箱和大氣相通,但理論上可以通過特殊設計,使水泵吸入口能無限接收水泵出口供水壓力,這樣把水泵的揚程基本消耗在克服系統阻力上的系統,就可以避免揚程克服液面高差,那么水泵就可以與閉式系統一樣選型。