1 水泵選型技術(shù)現(xiàn)狀

　　在泵站規(guī)劃中, 水泵選型是否合理不僅關(guān)系泵站能否滿足排灌要求, 而且對(duì)泵站工程的投資、能量消耗及安全運(yùn)行都有很大的影響。目前, 泵站工程中常按多年平均揚(yáng)程選擇泵型, 其基本思路是以多年平均揚(yáng)程為依據(jù), 在綜合型譜圖中選擇幾種泵型來(lái)設(shè)計(jì)泵站, 經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性比較, 最后定出最經(jīng)濟(jì)的方案。該法考慮了時(shí)間分配和能耗因素, 如圖1 所示,

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　　H dj 為水泵設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程, H aj 為水泵平均凈揚(yáng)程,H dj > H aj , 因此, 采用平均揚(yáng)程選泵較同等條件下的設(shè)計(jì)揚(yáng)程選泵能耗上較低, 經(jīng)濟(jì)性好。在時(shí)間分配上, 平均揚(yáng)程選泵方法考慮了揚(yáng)程變化對(duì)效率的影響, 適用性較設(shè)計(jì)揚(yáng)程選泵方法廣。但是, 平均揚(yáng)程選泵沒(méi)有校核水泵運(yùn)行的安全性, 也沒(méi)有顧及排灌在時(shí)段上的分配要求, 下面具體論證。

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　　2 按平均揚(yáng)程選泵存在的問(wèn)題

　　2. 1 水泵流量效率曲線形狀對(duì)選型的影響坡度變化較緩的Q ~ η 曲線對(duì)水泵 揚(yáng)程變化反應(yīng)不敏感, 水泵高效區(qū)較寬, 動(dòng)力設(shè)備不易過(guò)載。而對(duì)于坡度變化較陡的Q ~ η曲線, 情況則有所不同, 只要揚(yáng)程稍有變化, 效率就有較大的波動(dòng)。圖2中, 當(dāng)流量由Q1 增至Q 2 時(shí), 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(yáng)程對(duì)泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行極為不利, 在選型時(shí)應(yīng)摒棄。

　　2. 2 揚(yáng)程變化幅度對(duì)選型的影響水泵揚(yáng)程變化幅度大會(huì)造成設(shè)計(jì)年份的揚(yáng)程和多年平均的揚(yáng)程差值變大, 不僅使水泵設(shè)計(jì)流量下的效率降低, 而且極可能滿足不了排灌的要求。在實(shí)際工程中可通過(guò)水泵調(diào)速法解決。

　　2. 3 最不利工況凈揚(yáng)程對(duì)水泵選型的影響對(duì)離心泵而言, 最不利工況凈揚(yáng)程是指泵站設(shè)計(jì)最低凈揚(yáng)程。在此工況下, 水泵流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)額定流量, 使吸水管阻力損失和水泵進(jìn)口斷面平均流度超過(guò)允許吸上高度, 水泵就會(huì)發(fā)生汽蝕, 導(dǎo)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(jī)組布置時(shí)應(yīng)盡量降低水泵安裝高度, 減少管路附件數(shù)。最不利工況運(yùn)行也容易造成動(dòng)力設(shè)備超載,因此在選擇動(dòng)力設(shè)備時(shí), 要選好動(dòng)力設(shè)備配用系數(shù) 。

　　3 改進(jìn)選型方法的建立

　　3. 1 改進(jìn)方法的確定

　　按平均揚(yáng)程選泵這種選泵方法安全性未予以校核, 排灌要求也沒(méi)有保障, 但能耗較低, 經(jīng)濟(jì)性能較好, 因此選型方法的優(yōu)化應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短, 摒棄平均揚(yáng)程選泵方法不考慮安全性和排灌要求的不足之處, 發(fā)揮其能耗較低的優(yōu)勢(shì)。選型步驟可按如下進(jìn)行:

　　( 1) 搜集單位時(shí)間( 以年計(jì)) 內(nèi)揚(yáng)程變化數(shù)據(jù),繪出H ~ t 曲線;

　　( 2) 根據(jù)H ~ t 曲線繪制H ~ p 曲線, 見(jiàn)圖3, 有:

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　　式中: p i 為時(shí)段, ti 對(duì)應(yīng)的頻率;

　　( 3) 按加權(quán)平均法求平均凈揚(yáng)程, 可由下式[ 1] 得出:

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　　( 4) 根據(jù)排灌頻率公式確定設(shè)計(jì)流量, 并確定水泵臺(tái)數(shù)和最小凈揚(yáng)程;

　　( 5) 根據(jù)H aj 和單臺(tái)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(yùn)行的安全性。主要是校核水泵汽蝕、動(dòng)力設(shè)備超載、裝置振動(dòng)等情況;

　　( 7) 根據(jù)不同方案的裝置情況, 分別計(jì)算其能耗:

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　　( 8) 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較, 選定能耗及運(yùn)行費(fèi)用最低的方案。

　　3. 2 對(duì)于揚(yáng)程變化幅度的選型方案的優(yōu)化處理處理這種平均揚(yáng)程和設(shè)計(jì)揚(yáng)程相差較遠(yuǎn), 常常不在水泵高效區(qū)運(yùn)行的選型方案, 可采用水泵調(diào)速的方法[ 1] 。

　　如圖4 所示, 水泵在H aj 1 下工作時(shí), 工作點(diǎn)為A 1, 效率為η1 最高。但若該泵經(jīng)常在H aj 2 下工作時(shí), 工作點(diǎn)移到A 2, 效率下降為η2, Q ~ H 曲線變?yōu)镼 ~ H‘ 曲線, Q ~ η曲線變?yōu)镼 ~ η’ 曲線, 工作點(diǎn)則由A 2 變?yōu)锳 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(jù)相似定律有:

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　　應(yīng)當(dāng)注意的是: 水泵調(diào)速適合于大中型泵站, 用在小型泵站中, 反而會(huì)增大能源消耗, 而且水泵調(diào)速無(wú)形當(dāng)中也提高了運(yùn)行費(fèi)用, 因此選擇時(shí)要慎重。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　改進(jìn)的水泵優(yōu)化選型方法由于考慮了排灌在時(shí)段上的分配問(wèn)題, 因此水泵處在水泵高效區(qū)運(yùn)行, 既減少了年耗電量, 又保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全。另一方面, 改進(jìn)的水泵優(yōu)化選型方法對(duì)最大揚(yáng)程、最小揚(yáng)程以及啟動(dòng)揚(yáng)程進(jìn)行了嚴(yán)整的校核, 因而避免了汽蝕、振動(dòng)、超載的有害現(xiàn)象的發(fā)生。采用該法對(duì)湖南某電排灌站進(jìn)行了驗(yàn)證, 節(jié)能效果和運(yùn)行狀況都得到了較大的改進(jìn), 因此具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。