小型小泵站水泵选型方法

2009年08月06日 17:36:34

2楼

关于小型泵站水泵选型的方法
苏四鹏
水利局江西余干
内容摘要：在综合性能曲线图上，取HⅡ1净=10米，HⅡ2净=13米和HⅡ3净=15.5米，分别作水盆虚线，交Q～ H净曲线于不同三点，过这三点分别作垂线交Q～H净曲线于另外不同的三点，这三点就是水泵运行的工况点
关键词：管路损失设计扬程运行工况点
建国以来，党和政府更以农业为国民经济的基础，水利为农业的命脉，领导群众坚持不懈地大兴水利，余干县农业灌溉事业获得了巨大的发展。其中提水工程950座，总装机2.33万kW，总提水流量超过152.31m3/s。但在当前小型泵站的测试与技术改造中存在的主要问题是：投资大；装置效率底；能源消耗大和运行管理费用高。造成这些问题的原因是多方面的，而对水泵的选型及管路管径的确定未作精心设计和优化论证是重要原因之一。本文结合具体实例，介绍一种水泵选型方法。
一、水泵选型方法
为了便于论证对比，现以一个新建电灌站的设计为例，并以其原设计为方案（Ⅰ），笔者提出的改进设计为方案（Ⅱ）。
（一）原始资料
灌溉面积A=1175亩，以种植水稻为主，其日耗水深e：方案（Ⅰ），eⅠ=12毫米；方案（Ⅱ），在春耕泡田期eⅡ1=12毫米，在孕穗开花期eⅡ2=10毫米，在水稻灌浆黄熟期eⅡ3=8毫米。
渠道沿丘陵台地布置，受益农田大部分分布在62~63米高程区，根据渠道坡降推算到渠首出水池的水面高▽o=64.87米。渠系水利用系数：ηⅠ渠=0.95；ηⅡ渠=0.8（在未作防渗处理的中砂壤土中）。泵站每日开机小时数t=22小时。
进水池的水位高程：原设计为51.87米；根据实地勘测，在中水年，整个灌溉季节内最高水位▽Ⅱ1=54.87米（但不是洪水位）；正常水位▽Ⅱ2=51.87米；最底水位▽Ⅱ3=49.37米
（二）主要技术数据
1．流量设计
Q设=667eA1000×3600tη渠 (1)
将A=1175亩；t=22小时；ηⅠ渠=0.95；ηⅡ渠=0.8；eⅠ=12毫米；eⅡ1=12毫米；eⅡ3=8毫米分别代入（1）式，则：
QⅠ设=0.12499米3/秒
QⅡ1设=0.14835米3/秒
QⅡ2设=0.12364米3/秒
QⅡ3设=0.09896米3/秒
2、净扬程设计
H净=▽o─▽ί （2）
将▽o=64.87米；▽Ⅰ=51.87米；▽Ⅱ1=54.87米；▽Ⅱ2=51.87米；▽Ⅱ3=49.37米分别代入（2）式，则：
HⅠ净=13米
HⅡ1净=10米
HⅡ2净=13米
HⅡ3净=15.5米。
（三）经济管径
原设计未作计算，只能根据所选水泵进出口直径，选取管径DⅠ=0.25米。
方案（Ⅱ）的管径按如下式计算：
D=1.13 （3）
式中Q为最大流量，取Q=QⅡ1=0.14835米3/秒；V经为经济流速，取V经=2米/秒。
则：DⅡ=0.3077≈0.3米。
（四）管路损失与设计扬程
1．管路损失系数的计算
SV=0.083∑§/D4 (4)
SY=10.29n2L/D5.33 (5)
S= SV+SY (6)
式中SV为管路局部损失系数；SV为管路沿程损失系数；S为管路损失系数；§为管路附件的阻力系数；n为管材粗糙度；L为管长。
将DⅠ=0.25米；LⅠ=29米；∑§Ⅰ=9.01；DⅡ=0.3米；LⅡ=28米；∑§Ⅱ=3.16；nⅠ= nⅡ=0.012分别代入（4）、（5）、（6）式，则SⅠ≈261；SⅡ≈57.8。
2.管路损失的计算
H损=SQ2 （7）
将SⅠ=261，QⅠ设=0.12499米3/秒。SⅡ=57.8，QⅡ1设=0.14835米3/秒；QⅡ2设=0.12364米3/秒；QⅡ3设=0.09896米3/秒分别代入（7）式，则：
HⅠ损=4.08米；HⅡ1损=1.27米；HⅡ2损=0.88米；HⅡ3损=0.57米。
3.设计扬程的计算
H设=H净+H损（8）
将HⅠ净=13米；HⅠ损=4.08米；HⅡ1净=10米；HⅡ1损=1.27米；HⅡ2净=13米； HⅡ2损=0.88米；HⅡ3净=15.5米；HⅡ3损=0.57米。分别代入（8）式中，则：
HⅠ设=17.08米；HⅡ1设=11.27米；HⅡ2设=13.88米；HⅡ3设=16.07米。
(五)水泵的选型
根据设计流量Q设与设计扬程H设查水泵型或水泵样本，选择水泵性能数据与Q设和H设相近的泵即可。方案（Ⅰ）选择10Sh-13A型水泵。方案（Ⅱ）更加HⅡ1、HⅡ2 、HⅡ3 、QⅡ1、QⅡ2 、QⅡ3选择的水泵型号是10Sh-19.
二、泵站运行工况点的确定
(一)求水泵性能曲线方程
水泵的性能曲线虽然可以从水泵样本上查到，或根据水泵性能表绘制，但都比较粗略，现以10Sh-19型泵的参数为例，求较精确的水泵性能曲线。
较精确的水泵性能曲线方程为：
H ί =C-BQ ί -AQ ί 2 （9）
将水泵性能表中的Q ί 和H ί分别代入（9）式，解方程组得较精确的水泵性能曲线方程：
H ί =23-0.0216667Q ί -0.00033334Q ί 2 （10）
根据性能表中的Q 值的范围，可求得Q～H曲线。
按上述方法，同样可求出Q～η、Q～n曲线。
（二）流量与静扬程的关系
H净=H-SQ2 (11)
根据不同的H、S和Q值、可求得不同的H净值,从而，可得出Q~H净曲线
（三）泵站综合性能曲线图的绘制
用适当的比例在图上，以Q为横坐标，绘制出Q～H、Q～N、Q～η、Q～η装和Q～H净，即得水泵的综合性能曲线。
工况点性能数据对比表
方案号净扬程H净（米）流量 Q（升/秒）损失扬程H损（米）扬程H（米）轴功率N（千瓦）配套功率N配（千瓦）负荷率β（%）电动机效率η电（%）水泵效率η（%）管路效率η管（%）装置效率η装（%）
（Ⅱ） 15.5 113.27 0.74 16.24 21.55 30 71.83 91.81 84.5 95.44 73.54
（Ⅰ） 122.34 3.91 19.41 28.07 40 70.17 89.08 82.52 79.86 58.7
　　 -9.07 -3.17 -3.17 -6.52 -10 +1.66 +2.73 +1.98 +15.58 +14.84
（Ⅱ） 13 134.6 1.05 14.05 21.79 30 72.63 91.88 85.04 92.53 72.3
（Ⅰ） 133.14 4.63 17.63 28.57 40 71.43 89.33 80.26 73.74 52.87
　　 +1.46 -3.58 -3.58 -6.78 -10 +1.2 +2.55 +4.78 +18.79 +19.43
（Ⅱ） 10 156.8 1.42 11.42 22.06 30 73.54 91.94 76.91 87.57 63.92
（Ⅰ） 141.34 5.21 15.21 28.8 40 72 89.45 77.31 65.73 45.42
　　 +15.46 -3.79 -3.79 -6.74 -10 +1.54 +2.49 -0.4 +21.84 +18.47
（四）运行工况点的确定
在综合性能曲线图上，取HⅡ1净=10米，HⅡ2净=13米和HⅡ3净=15.5米，分别作水盆虚线，交Q～ H净曲线于不同三点，过这三点分别作垂线交Q~H净曲线于另外不同的三点，这三点就是水泵运行的工况点，从而，从综合性能曲线图上，可以得出这三个工况下的流量Q、扬程H、泵效率η，装置效率η装、轴功率N，将数据记入工况点性能数据对比表。
三、方案及经济效益分析
（一）方案对比
从表中可以看出：方案（Ⅰ）当HⅠ1净=13米时，QⅠ=0.13314米3/秒>QⅠ设=0.13314米3/秒;方案（Ⅱ）各设计扬程下的流量均大于设计流量，因此，能满足灌溉流量的要求。
各运行工况点在同一净扬程时，方案（Ⅱ）比方案（Ⅰ）减少损失扬程3.17～3.79米，减少轴功率6.52~6.78千瓦。
各运行工况点在同一静扬程时，方案（Ⅱ）的η装只有在高扬程工况点才能达到部颁标准。方案（Ⅱ）在η装在各运行工况点均高于部颁标准，而且都在高效区运行。
方案（Ⅰ）的水泵安装高程为53.05米，低于灌溉期最搞水位1.82米，在最高水位运行时必须做半封闭式厂房，方案（Ⅱ）的水泵安装高程为54.83米，只比灌溉期最搞水位低0.04米，可不做封闭式厂房，只做0.5米高的混泥土墙即可。
（二）经济效益分析
1．总造价
根据以往建站的统计资料分析，封闭式厂房的造价预算为700元/千瓦，建一般结构厂房的造价预算为600元/千瓦，则总总价为：
JⅠ=40×700=28000元
JⅡ=30×600=18000元
方案（Ⅱ）比方案（Ⅰ）节省投资1万元。
2.能源单耗
e=2.72/η装（12）
在10、13、15.5米这3种静扬程下，方案（Ⅰ）、（Ⅱ）的能耗分别求得：
eⅠ1=4.63千瓦小时/千吨•米
eⅠ2=5.14千瓦小时/千吨•米
eⅡ3=5.98千瓦小时/千吨•米
eⅡ1=3.69千瓦小时/千吨•米
eⅡ2=3.76千瓦小时/千吨•米
eⅡ3=4.26千瓦小时/千吨•米
3.年运行费用
年维修折旧费Fί=αJ (13)
将α（维修折旧费率）=0.05；JⅠ=28000元；JⅡ=18000元代入（13）式，得：
FⅠ=0.05×28000=1400元
FⅡ=0.05×18000=900元
方案（Ⅱ）比方案（Ⅰ）节省ΔFί=500元
每年节省的电费ΔFa按下式计算
ΔFa=frmAH净10α×3600η渠 (1 ηⅠ装 -1 ηⅡ装 ) （14）
式中f为电价，取0.06元、千瓦小时；r 为水的容重，取1000公斤/米3；m为灌水定额，取700米3/亩•年；η渠为渠系水利用系数，取0.8；ηⅠ装、ηⅡ装见工况点性能数据对比表。
将方案（Ⅰ）和方案（Ⅱ）的有关数据代入（14）式，得:
ΔFa1=895.16元
ΔFa2=1110.1元
ΔFa3=1068.05元
年运行费用的节省量ΔF为：
ΔF=ΔF ί +ΔFa
则ΔF1=ΔF ί +ΔFa1=1395.16元
ΔF2=ΔF ί +ΔFa2=1610.11元
ΔF3=ΔF ί +ΔFa3=1568.05元
方案（Ⅱ）比方案（Ⅰ）每年节省年运行费用：1396.16元～1640.11元
因此，方案（Ⅱ）优于方案（Ⅰ），方案（Ⅱ）具备了造价低、装置效率高、能源单耗低、运行费用低等有点。