水泵选型的一种改进方法的研究

　　1 水泵选型技术现状

　　在泵站规划中, 水泵选型是否合理不仅关系泵站能否满足排灌要求, 而且对泵站工程的投资、能量消耗及安全运行都有很大的影响。目前, 泵站工程中常按多年平均扬程选择泵型, 其基本思路是以多年平均扬程为依据, 在综合型谱图中选择几种泵型来设计泵站, 经过经济性比较, 最后定出最经济的方案。该法考虑了时间分配和能耗因素, 如图1 所示,

　　H dj 为水泵设计净扬程, H aj 为水泵平均净扬程,H dj > H aj , 因此, 采用平均扬程选泵较同等条件下的设计扬程选泵能耗上较低, 经济性好。在时间分配上, 平均扬程选泵方法考虑了扬程变化对效率的影响, 适用性较设计扬程选泵方法广。但是, 平均扬程选泵没有校核水泵运行的安全性, 也没有顾及排灌在时段上的分配要求, 下面具体论证。

　　2 按平均扬程选泵存在的问题

　　2. 1 水泵流量效率曲线形状对选型的影响坡度变化较缓的Q ~ η 曲线对水泵 扬程变化反应不敏感, 水泵高效区较宽, 动力设备不易过载。而对于坡度变化较陡的Q ~ η曲线, 情况则有所不同, 只要扬程稍有变化, 效率就有较大的波动。图2中, 当流量由Q1 增至Q 2 时, 坡度变化较缓的Q ~ηI 曲线效率微降至η1, 而坡度变化较陡的Q ~ η1曲线效率则陡降至η2, 因此坡度变化较陡的流量扬程对泵站的经济运行极为不利, 在选型时应摒弃。

　　2. 2 扬程变化幅度对选型的影响水泵扬程变化幅度大会造成设计年份的扬程和多年平均的扬程差值变大, 不仅使水泵设计流量下的效率降低, 而且极可能满足不了排灌的要求。在实际工程中可通过水泵调速法解决。

　　2. 3 最不利工况净扬程对水泵选型的影响对离心泵而言, 最不利工况净扬程是指泵站设计最低净扬程。在此工况下, 水泵流量远远超过额定流量, 使吸水管阻力损失和水泵进口断面平均流度超过允许吸上高度, 水泵就会发生汽蚀, 导致水泵效率急剧下降, 安全性得不到保障。因此为避免该种情况, 机组布置时应尽量降低水泵安装高度, 减少管路附件数。最不利工况运行也容易造成动力设备超载,因此在选择动力设备时, 要选好动力设备配用系数 。

　　3 改进选型方法的建立

　　3. 1 改进方法的确定

　　按平均扬程选泵这种选泵方法安全性未予以校核, 排灌要求也没有保障, 但能耗较低, 经济性能较好, 因此选型方法的优化应扬长避短, 摒弃平均扬程选泵方法不考虑安全性和排灌要求的不足之处, 发挥其能耗较低的优势。选型步骤可按如下进行:

　　( 1) 搜集单位时间( 以年计) 内扬程变化数据,绘出H ~ t 曲线;

　　( 2) 根据H ~ t 曲线绘制H ~ p 曲线, 见图3, 有:

　　式中: p i 为时段, ti 对应的频率;

　　( 3) 按加权平均法求平均净扬程, 可由下式[ 1] 得出:

　　( 4) 根据排灌频率公式确定设计流量, 并确定水泵台数和最小净扬程;

　　( 5) 根据H aj 和单台泵流量, 在综合型谱图中选几种效率较高的水泵, 作为备选方案;

　　( 6) 校核水泵运行的安全性。主要是校核水泵汽蚀、动力设备超载、装置振动等情况;

　　( 7) 根据不同方案的装置情况, 分别计算其能耗:

　　( 8) 进行经济比较, 选定能耗及运行费用最低的方案。

　　3. 2 对于扬程变化幅度的选型方案的优化处理处理这种平均扬程和设计扬程相差较远, 常常不在水泵高效区运行的选型方案, 可采用水泵调速的方法[ 1] 。

　　如图4 所示, 水泵在H aj 1 下工作时, 工作点为A 1, 效率为η1 最高。但若该泵经常在H aj 2 下工作时, 工作点移到A 2, 效率下降为η2, Q ~ H 曲线变为Q ~ H‘ 曲线, Q ~ η曲线变为Q ~ η’ 曲线, 工作点则由A 2 变为A 3, 由于水泵流量减少, 管路损失降低, 因此效率由η2 增为η3。根据相似定律有:

　　应当注意的是: 水泵调速适合于大中型泵站, 用在小型泵站中, 反而会增大能源消耗, 而且水泵调速无形当中也提高了运行费用, 因此选择时要慎重。

　　4 结语

　　改进的水泵优化选型方法由于考虑了排灌在时段上的分配问题, 因此水泵处在水泵高效区运行, 既减少了年耗电量, 又保证了系统运行的安全。另一方面, 改进的水泵优化选型方法对最大扬程、最小扬程以及启动扬程进行了严整的校核, 因而避免了汽蚀、振动、超载的有害现象的发生。采用该法对湖南某电排灌站进行了验证, 节能效果和运行状况都得到了较大的改进, 因此具有一定的工程实用价值。