畢重薪

(遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局，遼寧本溪117100)

1 確定設(shè)計(jì)流量

由設(shè)計(jì)資料可得設(shè)計(jì)流量農(nóng)業(yè)用水1.00 m3/s，工業(yè)用水0.50 m3/s。

2 確定設(shè)計(jì)揚(yáng)程

設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算公式為:

式中:H凈為水泵凈揚(yáng)程，進(jìn)出水池水頭差;H損為管路水頭損失，根據(jù)單泵流量范圍，查水泵進(jìn)口直徑與流量對(duì)照表查出管道直徑范圍，再對(duì)照管路水頭損失估計(jì)表，可取為0.2 H凈，則H=30 m。

3 擬選泵型方案

依據(jù)泵站設(shè)計(jì)流量1.5 m3/s和設(shè)計(jì)揚(yáng)程30.0 m，查資料可知，應(yīng)選用Sh單級(jí)雙吸離心泵。查水泵資料中的水泵性能表得14Sh—19，24Sh—19與20Sh—13A 3種泵型均符合要求，作為方案進(jìn)行比較，其性能見(jiàn)表1。

4 確定水泵臺(tái)數(shù)及方案比較

依據(jù)泵站設(shè)計(jì)流量1.5 m3/s，主泵臺(tái)數(shù)宜為3～8臺(tái)，根據(jù)關(guān)系式n=Q站/Q泵確定3種泵型所需臺(tái)數(shù)。14Sh—19型泵，取5臺(tái);24Sh—19型泵取2臺(tái);20Sh—13A型泵取3臺(tái)。本設(shè)計(jì)主要從經(jīng)濟(jì)、安全和效率3方面進(jìn)行水泵選型［1］。

4.1 選用5臺(tái)14Sh—19型泵方案

表1 泵型方案性能比較

4.1.1 經(jīng)濟(jì)方面

雖然此方案選用臺(tái)數(shù)較多，但是其泵吸水口直徑為14 cm，口徑較小，且重量為898 kg，質(zhì)量較輕，便于維護(hù)檢修，臺(tái)數(shù)較多，單機(jī)容量小，對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力大，即使運(yùn)行中個(gè)別機(jī)組發(fā)生故障，對(duì)灌溉影響也較小，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，適應(yīng)性較強(qiáng)，供水可靠性好，灌溉保證率高。而且顯然單臺(tái)14Sh-19型泵的銷售價(jià)格較20Sh—13A型泵要低得多;當(dāng)然由于水泵臺(tái)數(shù)較多使得泵房長(zhǎng)度加大，相應(yīng)配套設(shè)備增加，這樣也會(huì)增加部分投資［2］。

4.1.2 安全方面

1)初步擬定管路條件，依據(jù)經(jīng)濟(jì)流速確定進(jìn)出水管管徑，計(jì)算公式為:

取進(jìn)口喇叭管直徑630 mm，進(jìn)水管管道直徑500 mm，憑經(jīng)驗(yàn)暫擬管長(zhǎng)為11.0 m，出水管道直徑取0.50 m，出水管線長(zhǎng)度取為81.45 m，。

2)水泵安裝高程計(jì)算公式為:

根據(jù)計(jì)算取水泵安裝高程為655.48 m。

3)工作點(diǎn)的確定:用圖解法將水泵性能曲線與管路特性曲線用同一比例尺繪制于同一直角坐標(biāo)內(nèi)，兩曲線交點(diǎn)即為工作點(diǎn)，與這一交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的QA就是在凈揚(yáng)程為H凈時(shí)給出的流量;其工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程為26 m，對(duì)應(yīng)的流量為345 L/s。

4)不發(fā)生汽蝕條件:泵在運(yùn)行中不產(chǎn)生汽蝕的條件是使有效汽蝕余量≥允許汽蝕余量，即(NPSH)a≧(NPSH)sr，有效汽蝕余量可按下式計(jì)算:

式中:H吸為泵的吸水高度，即泵基準(zhǔn)面到進(jìn)水池水面的垂直距離，2.0 m;P汽/γ為水的汽化壓力，一般取10.0 m;則(NPSH)a=7.653 m。根據(jù) JB1040—67規(guī)定，取(NPSH)sr=4.55 m，由此可見(jiàn)有效汽蝕余量較大，滿足(NPSH)a≧(NPSH)sr，可以保證水泵不發(fā)生汽蝕。

4.1.3 效率方面

根據(jù)水泵運(yùn)行工況分析可知凈揚(yáng)程范圍為24.6～25.9 m，水泵運(yùn)行效率在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下為87.5%，處在高效區(qū)運(yùn)行。泵站效率按下式估算:

符合規(guī)定指標(biāo)要求。

4.2 兩臺(tái)24Sh—19型泵方案

質(zhì)量過(guò)重，維護(hù)檢修較為困難，臺(tái)數(shù)較少，單機(jī)容量大，對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力較弱，且價(jià)格昂貴，與本設(shè)計(jì)方案不合適，故舍去。

4.3 選用3臺(tái)20Sh—13A型泵方案

4.3.1 經(jīng)濟(jì)方面

由于其泵吸水口直徑為20 cm，口徑相對(duì)較大，且重量為2 330 kg，質(zhì)量較大，不利于檢修和安置，單臺(tái)泵的價(jià)格也相對(duì)昂貴，單機(jī)容量較大，對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力較小，運(yùn)行中若個(gè)別機(jī)組發(fā)生故障，對(duì)灌溉影響較顯著，當(dāng)然由于水泵臺(tái)數(shù)較少，使得泵房長(zhǎng)度和相應(yīng)配套設(shè)備減少，這樣會(huì)降低部分投資。

4.3.2 安全方面

1)初步擬定管路條件，同樣依據(jù)經(jīng)濟(jì)流速來(lái)確定進(jìn)出水管管徑，計(jì)算公式為:

式中:Q為管路中通過(guò)的流量，0.52 m3/s;v為管內(nèi)控制流速，進(jìn)口喇叭管處流速范圍為1.0～1.5 m/s，取1.2 m/s，管道內(nèi)流速為 1.5～2.0 m/s，取1.8 m/s。則進(jìn)口喇叭管直徑D=0.74 m;管道直徑D=0.60 m。

查資料取標(biāo)準(zhǔn)值:進(jìn)口喇叭管直徑750 mm，吸水管路直徑600 mm;憑經(jīng)驗(yàn)暫擬管長(zhǎng)為11.0 m，出水管管徑 D =0.60 m，出水管線按實(shí)地布置確定，取80 m。

2)水泵安裝高程計(jì)算公式為:

由于吸水管路水頭損失按沿程水頭損失和局部水頭損失分別計(jì)算后相加而得。沿程水頭損失計(jì)算公式為:

式中:n為吸水管道的糙率，鑄鐵為0.013;L為管道長(zhǎng)度，取11.0 m;則h沿=0.079 m。

局部水頭損失計(jì)算公式為:

式中:ξ為局部損失系數(shù)，查得ξ進(jìn)=0.1，ξ90=0.64，ξ縮=0.18;D為局部阻力處管徑，查得 D進(jìn)=0.75 m，D90=0.6 m，D縮=0.5 m。

則:h局=0.183 m;h吸=0.262 m

水泵安裝高程計(jì)算公式為:

式中:Hsa為水泵允許吸上真空高度4.0 m;us為水泵進(jìn)口斷面的平均流速，此時(shí)采用吸水管偏心漸縮段流速。us=2.65m/s;H允吸=3.38 m。

則水泵的安裝高程為▽安=656.72 m。

3)工作點(diǎn)的確定:采用圖解法將20Sh—13A水泵性能曲線與管路特性曲線用同一比例尺繪制于同一直角坐標(biāo)內(nèi)，則兩曲線交點(diǎn)即為工作點(diǎn)，與這一交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的QA為在凈揚(yáng)程為H凈時(shí)給出的流量。

式中:H凈為泵站凈揚(yáng)程，本設(shè)計(jì)為25.0 m;n為管路材料糙率，查資料得鑄鐵管0.013，預(yù)應(yīng)力混凝土管為0.014;由于相差不大，為方便計(jì)算，取其平均值0.0135;D為管路直徑0.6 m;L為管線長(zhǎng)度，進(jìn)水管路為11 m，出水管路為80.03 m;ε為管路局部阻力系數(shù)，部分系數(shù)取值等于14Sh—19型泵:進(jìn)水管路ε進(jìn)口=0.1、ε90°=0.64、ε縮=0.18，出水管路 ε擴(kuò)=0.3、ε閥=0.06(全開(kāi))、ε22°=0.26、ε出=0.2、ε拍=1.5;D局為局部阻力系數(shù)相應(yīng)流速處管徑，其中漸縮接管為0.5，漸擴(kuò)接管為0.35 m，進(jìn)口喇叭管為0.75 m，拍門處為0.65 m，其余各處為0.6 m。

則:S沿=2.60 s2/m5;S局=0.083 s2/m5;S=2.683 s2/m5。

管路特性參數(shù)按方程式H需=25.0+6.13Q2，其性能參數(shù)計(jì)算參看表2所示。

表2 裝置性能參數(shù)計(jì)算

由水泵資料查取20Sh-13A型泵性能曲線如圖1所示。

圖1 水泵工作點(diǎn)推求圖

由圖1可知，工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程為27.3 m，對(duì)應(yīng)流量為2 130 m3/h=591.67 L/s。

4)不發(fā)生汽蝕條件。(NPSH)a=7.738 m。取(NPSH)sr=5.2 m，滿足(NPSH)a≧(NPSH)sr，也可以保證水泵不發(fā)生汽蝕。

4.3.3 效率方面

可以得出泵站效率為60%，效率相對(duì)14Sh—19型泵站低。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)決定采用5臺(tái)14Sh—19型泵這一方案，而且由于此方案對(duì)流量調(diào)節(jié)作用較好，暫時(shí)不設(shè)備用機(jī)組。

［1］劉建強(qiáng)，卞茂元.山丘區(qū)管道灌溉系統(tǒng)水泵高效區(qū)工況點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算研究［J］.節(jié)水灌溉，2000(05):16-17.

［2］王建軍，張志遠(yuǎn).黃河下游提黃灌溉泵站的節(jié)能措施［J］.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，15(02):16-17.