水泵選型的一種改進方法的研究

1 水泵選型技術現狀

　　在泵站規劃中, 水泵選型是否合理不僅關系泵站能否滿足排灌要求, 而且對泵站工程的投資、能量消耗及安全運行都有很大的影響。目前, 泵站工程中常按多年平均揚程選擇泵型, 其基本思路是以多年平均揚程為依據, 在綜合型譜圖中選擇幾種泵型來設計泵站, 經過經濟性比較, 最后定出最經濟的方案。該法考慮了時間分配和能耗因素, 如圖1 所示,

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　　H dj 為水泵設計凈揚程, H aj 為水泵平均凈揚程,H dj > H aj , 因此, 采用平均揚程選泵較同等條件下的設計揚程選泵能耗上較低, 經濟性好。在時間分配上, 平均揚程選泵方法考慮了揚程變化對效率的影響, 適用性較設計揚程選泵方法廣。但是, 平均揚程選泵沒有校核水泵運行的安全性, 也沒有顧及排灌在時段上的分配要求, 下面具體論證。

　　2 按平均揚程選泵存在的問題

　　2. 1 水泵流量效率曲線形狀對選型的影響坡度變化較緩的Q ~ η 曲線對水泵 揚程變化反應不敏感, 水泵高效區較寬, 動力設備不易過載。而對于坡度變化較陡的Q ~ η曲線, 情況則有所不同, 只要揚程稍有變化, 效率就有較大的波動。圖2中, 當流量由Q1 增至Q 2 時, 坡度變化較緩的Q ~ηI 曲線效率微降至η1, 而坡度變化較陡的Q ~ η1曲線效率則陡降至η2, 因此坡度變化較陡的流量揚程對泵站的經濟運行極為不利, 在選型時應摒棄。

　　2. 2 揚程變化幅度對選型的影響水泵揚程變化幅度大會造成設計年份的揚程和多年平均的揚程差值變大, 不僅使水泵設計流量下的效率降低, 而且極可能滿足不了排灌的要求。在實際工程中可通過水泵調速法解決。

　　2. 3 最不利工況凈揚程對水泵選型的影響對離心泵而言, 最不利工況凈揚程是指泵站設計最低凈揚程。在此工況下, 水泵流量遠遠超過額定流量, 使吸水管阻力損失和水泵進口斷面平均流度超過允許吸上高度, 水泵就會發生汽蝕, 導致水泵效率急劇下降, 安全性得不到保障。因此為避免該種情況, 機組布置時應盡量降低水泵安裝高度, 減少管路附件數。最不利工況運行也容易造成動力設備超載,因此在選擇動力設備時, 要選好動力設備配用系數 。

　　3 改進選型方法的建立

　　3. 1 改進方法的確定

　　按平均揚程選泵這種選泵方法安全性未予以校核, 排灌要求也沒有保障, 但能耗較低, 經濟性能較好, 因此選型方法的優化應揚長避短, 摒棄平均揚程選泵方法不考慮安全性和排灌要求的不足之處, 發揮其能耗較低的優勢。選型步驟可按如下進行:

　　( 1) 搜集單位時間( 以年計) 內揚程變化數據,繪出H ~ t 曲線;

　　( 2) 根據H ~ t 曲線繪制H ~ p 曲線, 見圖3, 有:

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　　式中: p i 為時段, ti 對應的頻率;

　　( 3) 按加權平均法求平均凈揚程, 可由下式[ 1] 得出:

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　　( 4) 根據排灌頻率公式確定設計流量, 并確定水泵臺數和最小凈揚程;

　　( 5) 根據H aj 和單臺泵流量, 在綜合型譜圖中選幾種效率較高的水泵, 作為備選方案;

　　( 6) 校核水泵運行的安全性。主要是校核水泵汽蝕、動力設備超載、裝置振動等情況;

　　( 7) 根據不同方案的裝置情況, 分別計算其能耗:

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　　( 8) 進行經濟比較, 選定能耗及運行費用最低的方案。

　　3. 2 對于揚程變化幅度的選型方案的優化處理處理這種平均揚程和設計揚程相差較遠, 常常不在水泵高效區運行的選型方案, 可采用水泵調速的方法[ 1] 。

　　如圖4 所示, 水泵在H aj 1 下工作時, 工作點為A 1, 效率為η1 最高。但若該泵經常在H aj 2 下工作時, 工作點移到A 2, 效率下降為η2, Q ~ H 曲線變為Q ~ H‘ 曲線, Q ~ η曲線變為Q ~ η’ 曲線, 工作點則由A 2 變為A 3, 由于水泵流量減少, 管路損失降低, 因此效率由η2 增為η3。根據相似定律有:

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　　應當注意的是: 水泵調速適合于大中型泵站, 用在小型泵站中, 反而會增大能源消耗, 而且水泵調速無形當中也提高了運行費用, 因此選擇時要慎重。

　　4 結語

　　改進的水泵優化選型方法由于考慮了排灌在時段上的分配問題, 因此水泵處在水泵高效區運行, 既減少了年耗電量, 又保證了系統運行的安全。另一方面, 改進的水泵優化選型方法對最大揚程、最小揚程以及啟動揚程進行了嚴整的校核, 因而避免了汽蝕、振動、超載的有害現象的發生。采用該法對湖南某電排灌站進行了驗證, 節能效果和運行狀況都得到了較大的改進, 因此具有一定的工程實用價值。