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虹桥机场冷却水循环系统中的水力平衡实验

摘要:针对能源中心现有的设备设施,采用电流监测的手段对冷却水循环系统的流量平衡进行定性验证，最终计划通过设计实验的方式实际掌握能源中心冷却水循环系统在不同运行工况下的水力情况，并针对每一种不同运行工况,得出不同的调整方式，使能源中心冷却水循环系统达到平衡运行状态。

关键词:冷却水水力情况运行平衡

上海虹桥国际机场西区能源中心位于虹桥机场T2航站楼北侧,是能源的“消耗大户”，主要负责为虹桥机场西航站楼、航站楼北侧预留指廊和南北两个酒店集中供冷供热。［1］

冷却水系统的水力设计旨在对整个冷却水循环系统进行分析，确保进入每台冷水机组的冷却水循环量，能够有效的支持制冷过程的进行。然而，冷却水系统一般是开式系统,相对比较简单，因而经常不被设计人员所重视。尤其是在设计阶段，往往仅针对能够满足冷水机组的循环水量对水流进行干预，导致在多台冷却塔并联运行的时候,水流在冷却塔端的分配的情况不如冷水机组侧平衡，可能会导致有些冷却塔的进水量过多，有些则不足，影响冷却水系统的整体运行效果。

1解决方案初步拟定

项目小组拟利用流体力学理论［2］知识分析能源中心冷却水系统水力情况,通过对不同管径管道、不同管路构件的技术参数进行全面了解，掌握管网沿程阻力和局部阻力损失，从而得出整个冷却水循环系统水力情况。［3］并依此做出人工调整，按照运行需求改变管路特性。

2实际存在问题

理论计算需要系统各水泵均在其额定工作点运行、系统各支路过滤器和冷水机组等设备阻塞情况在允许范围内相同、系统水流情况已知等严格的固定计算条件，实际运行情况与之存在较大的偏差。

2.1冷却水泵实际工作曲线不明确

由于能源中心冷却水循环系统缺乏相应的流量监测装置，因此,不能对每台水泵是否处于额定工作点做出准确的判断。

表1为能源中心冷却水泵8月运行数据统计记录表，通过压力监测装置和电流监测装置，我们对监测到的水泵扬程和运行电流数据进行了统计（如表1）。

水泵电机功率定义式：

式中U为水泵供电电压、I为水泵运行电流、cosV为电机功率因

数，单位均为国际单位制。

水泵轴功率定义式：

式中p为水密度,g为当地重力加速度,Q为水泵流量、H为水泵扬程、n为水泵效率，单位均为国际单位制。

水泵电机功率与轴功率关系：

式中n为电机效率。

由(9)、(10)、(11)三式可知，

式中a为一固定值。

可知水泵流量与运行电流和水泵扬程的比值成正比，根据表1数值，可见8台水泵的供水流量还是存在时较大的差距。

水泵供水流量尚为未知量，各支路的运行流量也成为了不能确定的变量，进入各冷水机组的冷却水循环量平衡情况即不明了，更无法对冷却塔侧的冷却水循环量进行平衡干预。

2.2冷却水循环干管水流情况不明确

能源中心冷却水循环系统由冷水机组进入冷却塔系统的干管由两路并联管路组成，由于各冷水机组距离并联干管的距离不等，因此,当位于中间位置的冷水机组开启时，会向两路并联管路中的哪一管路流动与否可能会因为开机顺序的不同和水流的随机扰动等不确定因素发生变化，不能满足固定计算条件的要求。

3实验方案极其优化

综合考虑理论计算受实际随机影响所造成的不确定性，考虑研制一套综合实验方案,通过加装流量计实测运行水流量的方法确定整个冷却水循环系统的实际运行情况。

实验采用穷举法的指导思想，对能源中心冷却水循环系统的8套制冷分系统进行1?8套系统联合运行的全组和,分别对各种相应组合情况下的分系统运行流量进行实测统计,掌握整体运行情况。

即通过对能源中心冷却水循环系统所有分套系统的联合运行情况做出罗列，并测试不同组合情况下的流量分配情况，共有255种组合情况。

然而由于该指导思想下的实验方案需要进行的组合众多，对人力资源的耗费较大，因此，可以考虑对某些组合进行筛选优化。

上述组合是对能源中心整个冷却水系统所能构成的分系统的全部罗列，在实际运行过程当中，不会出现1个分系统单独运行和两个分系统联合运行的情况，因此，对这两种情况的模拟实验也没有实际的使用意义，可以剔除。3个分系统联合运行的情况极少发生，如有需要可用来辅助除上述两种组合情况外的其它五种组合情况的流量分析；如通过分析其它五种组合已足够掌握冷却水系统的水力情况，则此种组合情况可以忽略。

以运行四个分系统的组合情况为例。启动所有运行四个分系统的组合情况进行实验，待系统运行平稳后，通过安装在各分系统支管和系统干管的流量计，掌握各分系统的自身流量情况以及分系统间的相互影响。

通过所有组合情况下的运行情况的模拟实验，对分系统间的影响程度较大的运行方案进行分析，确认是否由实验本身造成；如不是，分析可否降低影响程度,如不可，则在今后的运行当中避免出现该种运行情况。

通过实验的