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: 傳統的等流量加大揚程選泵，裝置達不到zui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.
關鍵詞　水泵; 選型方法; 揚程
中圖法分類號　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. 國內低揚程軸流泵站長期偏離區運行，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，指出傳統選泵方法中的弊端，提出新的選型方法.

1　軸流泵的傳統選擇方法

　　傳統的選泵方法是根據泵站凈揚程和裝置形式先確定需要揚程曲線，然后根據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zui高. 可以看出，傳統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zui高.
　　假定裝置設計點為a（qz，hz）. 傳統方法選泵時，泵揚程根據下式計算：

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b點來選擇泵，如果b點為泵的zui率點，則認為選泵達到*狀態. 但是，zui率點在b的泵，它的泵裝置zui率在c點，可以看出，zui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域. 這與大量的模型試驗和現場實測資料相吻合. 軸流泵裝置效率曲線在大流量一側，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、混流泵區較寬，因此，傳統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，傳統選泵方法必然導致泵站效率偏低. 對于葉片角度可調節的泵，zui率點還將從大角度移到小角度，角度的偏移達到6～10＆#176;，c點和a點的偏移將更嚴重.




圖1　傳統選泵方法

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，泵的效率可以求出：

ηp=ρgqhp（q）/p（q）.　　（4）

對（4）式求極值可以求出zui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, 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zui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點流量和揚程的影響，本文引用了3種典型的泵特性數據進行了分析.
　　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,　　（11）

zui率點基本性能參數為（qp=396m3.s-1, hp=4.229m, ηp=0.86）. 假定裝置中管路阻力系數分別為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率點的性能參數，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的增加，裝置zui率降低，流量減小，但點揚程略有增加.
　　混流泵（1000hlb－16）性能曲線可表示為:

　　　　　　hp（q）=-2.1754＆#215;10-5q2+0.13163q-179.4852,　　（12）

　　　　　　p（q）=-3.269＆#215;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增加，裝置zui率降低，流量減少，但揚程出現波動，在阻力系數較小時，點揚程增加，阻力系數較大時，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，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＆#215;10-4q2+8.571＆#215;10-2q+99.95238,　　（15）
　　p（q）=6.694＆#215;10-4q2+0.4035q+128.803,　　（16）
　　hz（q）=hp（q）-sq2.　　（17）

　假定管道阻力系數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增加，裝置zui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zui率點變化情況


管路阻力系數
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種泵裝置對點流量、揚程影響情況見表4.
表4　裝置點流量、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　軸流泵的選型結語
　　水泵裝置對點流量和揚程的影響與泵特性系數和裝置型式有關，需要通過大量的試驗才能得出影響系數，本文只是通過公式推導和數值分析說明傳統選泵方法的弊端，采用加大流量變揚程的辦法選泵，可以使裝置效率zui高.