軸流泵的選型方法的研究*鄢碧鵬湯方平劉超摘要泵與泵裝置特性關系的研究表明:傳統(tǒng)的等流量加大揚程選泵,裝置達不到最高效率,水泵選型必須同時考慮裝置對水泵揚程和流量損失的影響.提出了加大流量變揚程選泵的新方法,給出了各種揚程范圍選泵時的流量和揚程修正系數(shù).關鍵詞水泵;選型方法;揚程中圖法分類號th312studyonthemethodofpumpse-lectyanbipeng①tangfangping②liuchao②(①sciresdiv,yangzhouuniv,yangzhou,225009;②deptofhydrandhydroeleceng,hydrandconstructioncoll,yangzhou,225009)abstracttherelationshipofpumpandpumpsystemwasstudied.theresultsshowthattraditionalmethodofpumpse-lectcan′tmakethepumpsysteminthehighestefficiency,theeffectsofpumpsystemonpumpliftingaswellasflowcapacityshouldbeconsidered.presentanewmethodofincreasecapacityandchangeliftingforse-lectpump.thispaperalsoprovidesaadjustcoefficientabouttheliftingandflowcapacityforpumpse-lect.keywordspump;pumpse-lect;lifting水泵選型是泵站工程設計中的重要問題,選型合理與否,直接關系到泵站工程的投資、建成后的運行費用和供水安全[1].選泵不當,關鍵是揚程選不準.國內(nèi)低揚程軸流泵站長期偏離高效區(qū)運行,除了設計揚程偏高外,選泵揚程又高于實際需要也是重要的原因之一〔2~4〕,本文分析了泵與泵裝置特性關系,指出傳統(tǒng)選泵方法中的弊端,提出新的選型方法.1軸流泵的傳統(tǒng)選擇方法傳統(tǒng)的選泵方法是根據(jù)泵站凈揚程和裝置形式先確定需要揚程曲線,然后根據(jù)設計流量來確定所選水泵損失揚程,進而確定總揚程,使所選水泵在設計揚程下效率最高.可以看出,傳統(tǒng)選泵方法是以等流量加大揚程方法來選擇的,沒有考慮泵裝置在設計揚程下是否效率最高.假定裝置設計點為a(qz,hz).傳統(tǒng)方法選泵時,泵揚程根據(jù)下式計算:hp=hz+sq2,(1)采取等流量加大揚程來選泵時,確定所選泵設計工況點為b點,如圖1所示,然后根據(jù)b點來選擇泵,如果b點為泵的最高效率點,則認為選泵達到最佳狀態(tài).但是,最高效率點在b的泵,它的泵裝置最高效率在c點,可以看出,最高效率點c偏離所謂的設計點a,泵裝置實際運行在低揚程大流量區(qū)域.這與大量的模型試驗和現(xiàn)場實測資料相吻合.軸流泵裝置效率曲線在大流量一側(cè),效率隨流量增加急劇下降,從而很容易造成泵站效率偏低,汽蝕性能惡化.對于高揚程泵站,由于管路水力損失所占比例小,c點和a點偏移不大,加上高揚程離心泵、混流泵高效區(qū)較寬,因此,傳統(tǒng)的等流量加大揚程選泵沒有顯示出它的弊端.對于低揚程泵站,由于管路損失比例較大,c點和a點偏移較大,傳統(tǒng)選泵方法必然導致泵站效率偏低.對于葉片角度可調(diào)節(jié)的泵,最高效率點還將從大角度移到小角度,角度的偏移達到6~10°,c點和a點的偏移將更嚴重.圖1傳統(tǒng)選泵方法2軸流泵的與泵裝置特性關系定義泵裝置揚程hz為上下游水位差,泵揚程為hp,某一泵流量和揚程關系可表示為:hp(q)=aq2+bq+c,(2)某一特定的裝置軸功率和流量的關系可表示為:p(q)=dq2+eq+f,(3)對于一定泵,a、b、c、d、e、f為常數(shù),泵的效率可以求出:ηp=ρgqhp(q)/p(q).(4)對(4)式求極值可以求出最高效率點流量,其方程為:adq4+2aeq3+[3af+be-cd]q2+2bfq+cf=0,(5)對于泵裝置來說,假定裝置中泵性能特性不變,管道水力損失符合h=sq2,(6)式中s為管道阻力系數(shù),則裝置揚程可表示為:hz=aq2+bq+c-sq2.(7)裝置效率ηz可以表示為:ηz=ρgqhz(q)/p(q).(8)泵裝置的最高效率點可以通過(8)式求出.其方程為:(a-s)dq4+2(a-s)eq3+[3(a-s)f+be-cd]q2+2bfq+cf.(9)可以證明方程(9)在設計流量附近所得到的根qz比方程(5)所得到的根要小.為了分析不同泵型裝置對高效點流量和揚程的影響,本文引用了3種典型的泵特性數(shù)據(jù)進行了分析.模型泵1(ns=1129,葉片角度2°)性能曲線可表示為:h(q)=6.6287+0.389273.10-1q-0.121915.10-3q2,(10)p(q)=22.2773+0.119194-0.345933q.10-3q2,(11)最高效率點基本性能參數(shù)為(qp=396m3.s-1,hp=4.229m,ηp=0.86).假定裝置中管路阻力系數(shù)分別為0、1.348×10-6、2.697×10-6、4.045×10-6、5.394×10-6、6.742×10-6,可求得各種管路水力損失的裝置中最高效率點的性能參數(shù),見表1.從表1可以看出,低揚程軸流泵裝置隨著管道阻力系數(shù)的增加,裝置最高效率降低,流量減小,但高效點揚程略有增加.混流泵(1000hlb-16)性能曲線可表示為:hp(q)=-2.1754×10-5q2+0.13163q-179.4852,(12)p(q)=-3.269×10-4q2+1.99q-2403.76.(13)裝置揚程-流量關系為:hz(q)=hp(q)-sq2.(14)假定管路損失系數(shù)分別為0、7.47×10-8、14.94×10-8、22.41×10-8、29.89×10-8、37.35×10-8,可求出裝置高效點變化情況,見表2.從表2可以看出,混流泵裝置也隨著管路阻力系數(shù)增加,裝置最高效率降低,流量減少,但揚程出現(xiàn)波動,在阻力系數(shù)較小時,高效點揚程增加,阻力系數(shù)較大時,高效點揚程減小.假設混流泵管道損失分別占總揚程15%和20%,在此范圍內(nèi),本例流量減少6%~7%,揚程減少1%~5%.離心泵(12sh-6)性能曲線可表示為:hp(q)=-5.923×10-4q2+8.571×10-2q+99.95238,(15)p(q)=6.694×10-4q2+0.4035q+128.803,(16)hz(q)=hp(q)-sq2.(17)假定管道阻力系數(shù)s分別為0.3×10-5、18.6×10-5、27.90.3×10-5,可求出裝置高效點變化情況見表3.從表3可以看出,離心泵隨著管道阻力系數(shù)增加,裝置最高效率降低,流量減小,揚程降低,流量減少值較大,揚程降低值較小,對于本例,假設管道損失為總揚程的10%和15%,流量減少13.5%~17.86%,揚程降低2%~3.4%.表1模型泵1裝置最高效率點變化情況管路阻力系數(shù)s(×10-6)q/m3.s-1h/mp/kwηmax0.0003964.22919.0930.861.3483864.39620.1730.8192.6973764.51121.2050.7844.0453684.5921.9960.7535.3943594.70322.8490.7246.7423524.7623.4850.699表2混流泵裝置高效率點變化情況s(×10-8)qz/m3.s-1hz/mp/kwηmax0.0003359.016.86593.986.007.4703214.617.73616.083.5614.943186.017.2061979.6722.413160.016.65621.975.9029.893135.016.08623.072.2337.353111.515.50624.068.00表3離心泵裝置高效率點變化情況s(×10-5)qz/m3.s-1hz/mp/kwηmax0.0220.090.0250.077.59.3201.089.4236.074.918.6190.088.1229.671.427.9180.786.9223.068.83軸流泵的加大流量、變揚程選型方法通過上述分析可知,原來的等流量加大揚程選泵方法只是基本適用于離心泵選型,對于低揚程軸流泵,應該采取適當降低揚程,增大流量的選泵方法,對于混流泵,可以采用等揚程加大流量選泵方法,對于離心泵則應采取同時加大流量和揚程選泵方法,3種泵裝置對高效點流量、揚程影響情況見表4.表4裝置高效點流量、揚程變化情況項目軸流泵混流泵離心泵q(與設計流量相比)減少8%~10%減少5%~10%減少10%~15%h(與設計揚程相比)增加5%~8%減少或增加1%~5%減少2%~4%4軸流泵的選型結(jié)語水泵裝置對高效點流量和揚程的影響與泵特性系數(shù)和裝置型式有關,需要通過大量的試驗才能得出影響系數(shù),本文只是通過公式推導和數(shù)值分析說明傳統(tǒng)選泵方法的弊端,采用加大流量變揚程的辦法選泵,可以使裝置效率最高.