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(guān)系的研究表明:傳統(tǒng)的等流量加大揚(yáng)程選泵,裝置達(dá)不到最高效率,水泵選型必須同時(shí)考慮裝置對水泵揚(yáng)程和流量損失的影響.提出了加大流量變揚(yáng)程選泵的新方法,給出了各種揚(yáng)程范圍選泵時(shí)的流量和揚(yáng)程修正系數(shù).關(guān)鍵詞水泵;選型方法;揚(yáng)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(shè)計(jì)中的重要問題,選型合理與否,直接關(guān)系到泵站工程的投資、建成后的運(yùn)行費(fèi)用和供水安全[1].選泵不當(dāng),關(guān)鍵是揚(yáng)程選不準(zhǔn).國內(nèi)低揚(yáng)程軸流泵站長期偏離高效區(qū)運(yùn)行,除了設(shè)計(jì)揚(yáng)程偏高外,選泵揚(yáng)程又高于實(shí)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(guān)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(yáng)程和裝置形式先確定需要揚(yáng)程曲線,然后根據(jù)設(shè)計(jì)流量來確定所選水泵損失揚(yáng)程,進(jìn)而確定總揚(yáng)程,使所選水泵在設(shè)計(jì)揚(yáng)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(yáng)程方法來選擇的,沒有考慮泵裝置在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下是否效率最高.假定裝置設(shè)計(jì)點(diǎn)為a(qz,hz).傳統(tǒng)方法選泵時(shí),泵揚(yáng)程根據(jù)下式計(jì)算:hp=hz+sq2,(1)采取等流量加大揚(yáng)程來選泵時(shí),確定所選泵設(shè)計(jì)工況點(diǎn)為b點(diǎn),如圖1所示,然后根據(jù)b點(diǎn)來選擇泵,如果b點(diǎn)為泵的最高效率點(diǎn),則認(rèn)為選泵達(dá)到最佳狀態(tài).但是,最高效率點(diǎn)在b的泵,它的泵裝置最高效率在c點(diǎn),可以看出,最高效率點(diǎn)c偏離所謂的設(shè)計(jì)點(diǎn)a,泵裝置實(shí)際運(yùn)行在低揚(yáng)程大流量區(qū)域.這與大量的模型試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)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(yáng)程泵站,由于管路水力損失所占比例小,c點(diǎn)和a點(diǎn)偏移不大,加上高揚(yáng)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(yáng)程選泵沒有顯示出它的弊端.對于低揚(yáng)程泵站,由于管路損失比例較大,c點(diǎn)和a點(diǎn)偏移較大,傳統(tǒng)選泵方法必然導(dǎo)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(diǎn)還將從大角度移到小角度,角度的偏移達(dá)到6~10°,c點(diǎn)和a點(diǎn)的偏移將更嚴(yán)重.圖1傳統(tǒng)選泵方法2軸流泵的與泵裝置特性關(guān)系定義泵裝置揚(yáng)程hz為上下游水位差,泵揚(yáng)程為hp,某一泵流量和揚(yáng)程關(guān)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(guān)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(diǎn)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(yáng)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(diǎn)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(shè)計(jì)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(diǎn)流量和揚(yáng)程的影響,本文引用了3種典型的泵特性數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)的性能參數(shù),見表1.從表1可以看出,低揚(yáng)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(diǎn)揚(yáng)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(yáng)程-流量關(guān)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(diǎn)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(yáng)程出現(xiàn)波動,在阻力系數(shù)較小時(shí),高效點(diǎn)揚(yáng)程增加,阻力系數(shù)較大時(shí),高效點(diǎn)揚(yáng)程減小.假設(shè)混流泵管道損失分別占總揚(yáng)程15%和20%,在此范圍內(nèi),本例流量減少6%~7%,揚(yáng)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(diǎn)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(yáng)程降低,流量減少值較大,揚(yáng)程降低值較小,對于本例,假設(shè)管道損失為總揚(yáng)程的10%和15%,流量減少13.5%~17.86%,揚(yáng)程降低2%~3.4%.表1模型泵1裝置最高效率點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(yáng)程選型方法通過上述分析可知,原來的等流量加大揚(yáng)程選泵方法只是基本適用于離心泵選型,對于低揚(yáng)程軸流泵,應(yīng)該采取適當(dāng)降低揚(yáng)程,增大流量的選泵方法,對于混流泵,可以采用等揚(yáng)程加大流量選泵方法,對于離心泵則應(yīng)采取同時(shí)加大流量和揚(yáng)程選泵方法,3種泵裝置對高效點(diǎn)流量、揚(yáng)程影響情況見表4.表4裝置高效點(diǎn)流量、揚(yáng)程變化情況項(xiàng)目軸流泵混流泵離心泵q(與設(shè)計(jì)流量相比)減少8%~10%減少5%~10%減少10%~15%h(與設(shè)計(jì)揚(yáng)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(diǎn)流量和揚(yáng)程的影響與泵特性系數(shù)和裝置型式有關(guān),需要通過大量的試驗(yàn)才能得出影響系數(shù),本文只是通過公式推導(dǎo)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(yáng)程的辦法選泵,可以使裝置效率最高.