薛家坪提黄灌溉工程水泵选择方案

毕重薪

(辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪117100)

1 确定设计流量

由设计资料可得设计流量农业用水1.00 m3/s，工业用水0.50 m3/s。

2 确定设计扬程

设计扬程计算公式为:

式中:H净为水泵净扬程，进出水池水头差;H损为管路水头损失，根据单泵流量范围，查水泵进口直径与流量对照表查出管道直径范围，再对照管路水头损失估计表，可取为0.2 H净，则H=30 m。

3 拟选泵型方案

依据泵站设计流量1.5 m3/s和设计扬程30.0 m，查资料可知，应选用Sh单级双吸离心泵。查水泵资料中的水泵性能表得14Sh—19，24Sh—19与20Sh—13A 3种泵型均符合要求，作为方案进行比较，其性能见表1。

4 确定水泵台数及方案比较

依据泵站设计流量1.5 m3/s，主泵台数宜为3～8台，根据关系式n=Q站/Q泵确定3种泵型所需台数。14Sh—19型泵，取5台;24Sh—19型泵取2台;20Sh—13A型泵取3台。本设计主要从经济、安全和效率3方面进行水泵选型［1］。

4.1 选用5台14Sh—19型泵方案

表1 泵型方案性能比较

4.1.1 经济方面

虽然此方案选用台数较多，但是其泵吸水口直径为14 cm，口径较小，且重量为898 kg，质量较轻，便于维护检修，台数较多，单机容量小，对水量的调节能力大，即使运行中个别机组发生故障，对灌溉影响也较小，当流量发生变化时，适应性较强，供水可靠性好，灌溉保证率高。而且显然单台14Sh-19型泵的销售价格较20Sh—13A型泵要低得多;当然由于水泵台数较多使得泵房长度加大，相应配套设备增加，这样也会增加部分投资［2］。

4.1.2 安全方面

1)初步拟定管路条件，依据经济流速确定进出水管管径，计算公式为:

取进口喇叭管直径630 mm，进水管管道直径500 mm，凭经验暂拟管长为11.0 m，出水管道直径取0.50 m，出水管线长度取为81.45 m，。

2)水泵安装高程计算公式为:

根据计算取水泵安装高程为655.48 m。

3)工作点的确定:用图解法将水泵性能曲线与管路特性曲线用同一比例尺绘制于同一直角坐标内，两曲线交点即为工作点，与这一交点对应的QA就是在净扬程为H净时给出的流量;其工作点对应的扬程为26 m，对应的流量为345 L/s。

4)不发生汽蚀条件:泵在运行中不产生汽蚀的条件是使有效汽蚀余量≥允许汽蚀余量，即(NPSH)a≧(NPSH)sr，有效汽蚀余量可按下式计算:

式中:H吸为泵的吸水高度，即泵基准面到进水池水面的垂直距离，2.0 m;P汽/γ为水的汽化压力，一般取10.0 m;则(NPSH)a=7.653 m。根据 JB1040—67规定，取(NPSH)sr=4.55 m，由此可见有效汽蚀余量较大，满足(NPSH)a≧(NPSH)sr，可以保证水泵不发生汽蚀。

4.1.3 效率方面

根据水泵运行工况分析可知净扬程范围为24.6～25.9 m，水泵运行效率在设计扬程下为87.5%，处在高效区运行。泵站效率按下式估算:

符合规定指标要求。

4.2 两台24Sh—19型泵方案

质量过重，维护检修较为困难，台数较少，单机容量大，对水量的调节能力较弱，且价格昂贵，与本设计方案不合适，故舍去。

4.3 选用3台20Sh—13A型泵方案

4.3.1 经济方面

由于其泵吸水口直径为20 cm，口径相对较大，且重量为2 330 kg，质量较大，不利于检修和安置，单台泵的价格也相对昂贵，单机容量较大，对水量的调节能力较小，运行中若个别机组发生故障，对灌溉影响较显著，当然由于水泵台数较少，使得泵房长度和相应配套设备减少，这样会降低部分投资。

4.3.2 安全方面

1)初步拟定管路条件，同样依据经济流速来确定进出水管管径，计算公式为:

式中:Q为管路中通过的流量，0.52 m3/s;v为管内控制流速，进口喇叭管处流速范围为1.0～1.5 m/s，取1.2 m/s，管道内流速为 1.5～2.0 m/s，取1.8 m/s。则进口喇叭管直径D=0.74 m;管道直径D=0.60 m。

查资料取标准值:进口喇叭管直径750 mm，吸水管路直径600 mm;凭经验暂拟管长为11.0 m，出水管管径 D =0.60 m，出水管线按实地布置确定，取80 m。

2)水泵安装高程计算公式为:

由于吸水管路水头损失按沿程水头损失和局部水头损失分别计算后相加而得。沿程水头损失计算公式为:

式中:n为吸水管道的糙率，铸铁为0.013;L为管道长度，取11.0 m;则h沿=0.079 m。

局部水头损失计算公式为:

式中:ξ为局部损失系数，查得ξ进=0.1，ξ90=0.64，ξ缩=0.18;D为局部阻力处管径，查得 D进=0.75 m，D90=0.6 m，D缩=0.5 m。

则:h局=0.183 m;h吸=0.262 m

水泵安装高程计算公式为:

式中:Hsa为水泵允许吸上真空高度4.0 m;us为水泵进口断面的平均流速，此时采用吸水管偏心渐缩段流速。us=2.65m/s;H允吸=3.38 m。

则水泵的安装高程为▽安=656.72 m。

3)工作点的确定:采用图解法将20Sh—13A水泵性能曲线与管路特性曲线用同一比例尺绘制于同一直角坐标内，则两曲线交点即为工作点，与这一交点对应的QA为在净扬程为H净时给出的流量。

式中:H净为泵站净扬程，本设计为25.0 m;n为管路材料糙率，查资料得铸铁管0.013，预应力混凝土管为0.014;由于相差不大，为方便计算，取其平均值0.0135;D为管路直径0.6 m;L为管线长度，进水管路为11 m，出水管路为80.03 m;ε为管路局部阻力系数，部分系数取值等于14Sh—19型泵:进水管路ε进口=0.1、ε90°=0.64、ε缩=0.18，出水管路 ε扩=0.3、ε阀=0.06(全开)、ε22°=0.26、ε出=0.2、ε拍=1.5;D局为局部阻力系数相应流速处管径，其中渐缩接管为0.5，渐扩接管为0.35 m，进口喇叭管为0.75 m，拍门处为0.65 m，其余各处为0.6 m。

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

管路特性参数按方程式H需=25.0+6.13Q2，其性能参数计算参看表2所示。

表2 装置性能参数计算

由水泵资料查取20Sh-13A型泵性能曲线如图1所示。

图1 水泵工作点推求图

由图1可知，工作点对应的扬程为27.3 m，对应流量为2 130 m3/h=591.67 L/s。

4)不发生汽蚀条件。(NPSH)a=7.738 m。取(NPSH)sr=5.2 m，满足(NPSH)a≧(NPSH)sr，也可以保证水泵不发生汽蚀。

4.3.3 效率方面

可以得出泵站效率为60%，效率相对14Sh—19型泵站低。

5 结语

本设计决定采用5台14Sh—19型泵这一方案，而且由于此方案对流量调节作用较好，暂时不设备用机组。

［1］刘建强，卞茂元.山丘区管道灌溉系统水泵高效区工况点设计计算研究［J］.节水灌溉，2000(05):16-17.

［2］王建军，张志远.黄河下游提黄灌溉泵站的节能措施［J］.黄河水利职业技术学院学报，2003，15(02):16-17.