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閱讀：3782發(fā)布時(shí)間：2008-10-11
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zui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(hào) th 312
study on the method of pump se-lect
yan bipeng① tang fangping② liu chao②
（① sci res div, yangzhou univ, yangzhou, 225009; ② dept of hydr and
hydroelec eng, hydr and construction coll, yangzhou, 225009）
abstract the relationship of pump and pump system was studied.the results show that traditional method of pump se-lect can′t make the pump system in the highest efficiency,the effects of pump system on pump lifting as well as flow capacity should be considered. present a new method of increase capacity and change lifting for se-lect pump. this paper also provides a adjust coefficient about the lifting and flow capacity for pump se-lect.
keywords pump; pump se-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zui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zui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zui率點(diǎn)，則認(rèn)為選泵達(dá)到*狀態(tài). 但是，zui率點(diǎn)在b的泵，它的泵裝置zui率在c點(diǎn)，可以看出，zui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，zui率點(diǎn)還將從大角度移到小角度，角度的偏移達(dá)到6～10＆#176;，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, ?。?）
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, ?。?）
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）. ?。?）
對（4）式求極值可以求出zui率點(diǎn)流量，其方程為：
adq4+2aeq3+［3af+be-cd］q2+2bfq+cf=0, ?。?）
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, ?。?）
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. ?。?）
裝置效率ηz可以表示為：
ηz=ρgqhz（q）/p（q）. ?。?）
泵裝置的zui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. ?。?）
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＆#176;）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, ?。?1）
zui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＆#215;10-6、2.697＆#215;10-6、 4.045＆#215;10-6、5.394＆#215;10-6、6.742＆#215;10-6，可求得各種管路水力損失的裝置中zui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zui率降低，流量減小，但點(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＆#215;10-5q2+0.13163q-179.4852, ?。?2）
p（q）=-3.269＆#215;10-4q2+1.99q-2403.76. ?。?3）
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＆#215;10-8、 14.94＆#215;10-8、22.41＆#215;10-8、29.89＆#215;10-8、37.35＆#215;10-8，可求出裝置點(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zui率降低，流量減少，但揚(yáng)程出現(xiàn)波動(dòng)，在阻力系數(shù)較小時(shí)，點(diǎn)揚(yáng)程增加，阻力系數(shù)較大時(shí)，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＆#215;10-4q2+8.571＆#215;10-2q+99.95238, （15）
p（q）=6.694＆#215;10-4q2+0.4035q+128.803, ?。?6）
hz（q）=hp（q）-sq2. ?。?7）
假定管道阻力系數(shù)s分別為0.3＆#215;10-5、 18.6＆#215;10-5、27.90.3＆#215;10-5，可求出裝置點(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zui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zui率點(diǎn)變化情況
管路阻力系數(shù)
s（＆#215;10-6） q/m3.s-1 h/m p/kw ηmax
0.000 396 4.229 19.093 0.86
1.348 386 4.396 20.173 0.819
2.697 376 4.511 21.205 0.784
4.045 368 4.59 21.996 0.753
5.394 359 4.703 22.849 0.724
6.742 352 4.76 23.485 0.699
表2 混流泵裝置率點(diǎn)變化情況
s（＆#215;10-8） qz/m3.s-1 hz/m p/kw ηmax
0.000 3359.0 16.86 593.9 86.00
7.470 3214.6 17.73 616.0 83.56
14.94 3186.0 17.20 619 79.67
22.41 3160.0 16.65 621.9 75.90
29.89 3135.0 16.08 623.0 72.23
37.35 3111.5 15.50 624.0 68.00
表3 離心泵裝置率點(diǎn)變化情況
s（＆#215;10-5） qz/m3.s-1 hz/m p/kw ηmax
0.0 220.0 90.0 250.0 77.5
9.3 201.0 89.4 236.0 74.9
18.6 190.0 88.1 229.6 71.4
27.9 180.7 86.9 223.0 68.8
3 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種泵裝置對點(diǎn)流量、揚(yáng)程影響情況見表4.
表4 裝置點(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zui高.
商鋪：http://zhangzhangzhang.cn/st1604/
主營產(chǎn)品：軸流泵設(shè)備;混流泵;S/SH 型單吸、雙吸離心泵;泥漿泵等系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排灌、城市給排水、水利水電工程
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