峡南泵站扩容改造――水泵泵型的选用
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【摘 要】介绍泵站扩容改造中水泵泵型的选用，根据水泵选型的原则和依据及泵站现场的具体情况，选出合适的泵型，以保证水泵运转的经济性和安全性。
【关键词】离心泵；特性曲线；性能参数；经济性
1 工程简介
福清市闽江调水工程是利用闽江南港乌龙江的水源，设泵站抽水，通过隧洞、管道等水工建筑输水至洪宽工业区、元洪工业开发区以及龙高、江阴地区的大型供水工程。取水泵站位于闽江南港乌龙江南岸，座落在峡南乌龙江大桥下游峡樟公路边，由取水建筑、进水闸、进水渐变段、进水前池、主厂房和副厂房等组成。泵站出水压力钢管，由主管和六个支管组成，主管内径2.6M。根据福清供水量要求，一期先安装一台单机1800KW的立式离心泵组和二台单机容量为800KW的卧式离心泵组，设计抽水流量4.85m?/s。近几年，随着用水量的增长及福清市闽江调水江阴工业集中区供水工程的即将投运，特别是承担平潭综合实验区供水和龙江生态补水等任务后，泵站现有抽水能力已不能满足实际用水需求。故拟对取水泵站进行扩容改造，以增大供水能力，设计总抽水流量达到10 m?/s。
2 泵的选型原则和依据
在选用泵时，要确定泵的性能和用途并选择泵型。这种选择首先得从泵的种类和形式开始。
2.1 泵选型原则
（1）使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。
（2）机械方面可靠性高、噪声低、振动小
（3）经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。
（4）离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。因此，除有特殊需求的情况下，应尽可能选用离心泵。
2.2 泵选型依据
泵选型依据，应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等
（1）流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。 如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1。1倍作为最大流量。
（2）装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%―10%余量后扬程来选型。
（3）液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度、密度、粘度，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型；化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。
（4）装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。
（5）操作条件的内容很多，如液体的操作饱和蒸汽力、吸入侧压力（绝对）、排出侧容器压力、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。
3 离心泵的特性曲线
3.1 离心泵的主要性能参数
（1）流量（qV）：以体积流量来表示的泵的输液能力，与叶轮结构、尺寸和转速有关。
（2）扬程（H）：泵向单位重量流体提供的机械能。与流量、叶轮结构、尺寸和转速有关。
（3）轴功率（Pa）：单位时间内由电机输入离心泵的能量。有效功率（Pe）：离心泵单位时间内对流体做的功：Pe=qVHρg；
（4）效率（η）：有效功率Pe与轴功率Pa的比值，由于以下三方面的原因，电机传给泵的能量不可能100%地传给液体，（A）容积损失；（B）水力损失；（C）机械损失。
3.2 离心泵的性能曲线
对一台离心泵，在转速固定的情况下，其压头、轴功率和效率都与其流量有一一对应的关系。这些关系的图形表示就称为离心泵的性能曲线，包括qV-H曲线、qV-Pa曲线和qV-η曲线，这些关系一般都通过实验来测定。离心泵的特性曲线一般由离心泵的生产厂家提供，标绘于泵产品说明书中，其测定条件一般是20℃清水，转速也固定。典型的离心泵性能曲线如图1所示。
图1
（1）从qV-H曲线中可以看出，随着流量的增加，压头是下降的，即流量越大，泵向单位重量流体提供的机械能越小。
（2）轴功率随着流量的增加而上升，所以大流量输送一定对应着大的配套电机。
（3）泵的效率先随着流量的增加而上升，达到一最大值后便下降，根据生产任务选泵时，应使泵在最高效率点附近工作。
4 水泵选择
由于福清市闽江调水工程取水泵站扩容到10 m?/s时管线水头损失加大到16m，考虑泵站内部水头损失、峡南取水口水位以及出口新局调节水库水位的变化，水泵的扬程变化范围约为42～55m。原先安装的一台大泵（立式离心泵）和二台小泵（卧式离心泵）设计扬程仅为36m，不能满足新的运行工况，需要选择新的水泵。由于新旧水泵无法并联运行，立式蜗壳泵水泵电机噪音大、振动大且受取水泵站进水流道限制，拆除旧的一台立式水泵，新安装四台都作为工作泵，每台水泵的流量为2.62m?/s，扬程范围为42～50～55m。
根据泵选型原则和选型基本条件，利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需要流量值，在纵坐标上找到所需要扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵。但是这种理想情况一般很少，通常这个点只要落在泵的优先工作区即可。适合本工程的泵型有单级双吸卧式离心泵、单级双吸立式离心泵、斜流泵及原先安装的立式单级单吸蜗壳式离心泵。下面对以上四种泵型进行对比：
（1）立式单级单吸蜗壳式离心泵：结构形式为立式安装，吸入口垂直向下，吐出口水平伸出。机组安装为泵、电机直联安装，密封为填料密封，轴承采用滚动轴承。优点是该离心泵组系本工程原先安装使用的水泵，泵房内已预留了流道及基础螺栓。缺点是采用单基础式，水泵电动机振动较大，运行噪声大。泵型较老，水泵效率较低，配套电机功率为1800KW。
（2）斜流泵：结构形式为立式安装，吸入口垂直向下，吐出口水平外伸，转子部件有可抽出式和不可抽出式两种形式。安装方式有泵、电机分别安装在两个基础层和泵、电机直联安装在一个基础层两种形式。优点是易启动、效率高、运行稳定。选用双基础型式，可以明显降低水泵电动机振动和运行噪声。水泵效率较高，配套电机功率为1700～1800KW。缺点是由于进水池土建不可更改，进水池水流紊乱，水泵进水喇叭处也很有可能会产生涡流。引起振动，水泵破损等。
（3）单级双吸卧式离心泵：结构形式为水泵轴卧式安装，吸入口水平，吐出口水平伸出，水泵电机同层。优点是易启动、运行稳定、故障率低、维修方便。水泵效率较高，配套电机功率为1600KW。两个低噪音的轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，基本无噪音。缺点是对厂房长度要求较大，在长度受限时较难应用。电动机需要采用小尺寸，价格较高。
（4）单级双吸立式离心泵：结构形式为水泵轴立式安装，吸入口水平，吐出口水平伸出，电机位于水泵上方。优点是对厂房要求较小，可在长度受限时应用。水泵效率较高，配套电机功率为1600KW。缺点是在运行过程中，容易出现振动大、上下轴承经常发热、损坏，甚至泵轴与轴承连接部位磨损。水泵运行不稳定，影响正常供水。
5 结论
采用斜流泵方案由于进水池土建不可更改，前期已预埋1.4m口径的钢管，流速为1.7m/s，流速很快。水流从钢管进入后又扩散到约4.3×4.3×3.5的空间内，然后再进入斜流泵流道。一般的进水池进水流速为0.3m/s以下。如此，则进水池水流紊乱，水泵进水喇叭处也很有可能会产生涡流，可能引起振动，水泵破损等，因此不推荐使用。立式双吸离心泵方案在运行过程中，容易出现振动大、上下轴承经常发热、损坏，甚至泵轴与轴承连接部位磨损。水泵运行不稳定，影响正常供水。卧式方案对厂房长度要求较大，在长度受限时较难应用，由于厂房长度尺寸偏小，操作空间拥挤。立式离心泵是本工程原先安装使用的水泵，泵房内已预留了流道及基础螺栓孔，操作空间相对宽裕。因此，本次扩容改造在厂房布置允许条件下推荐采用单级单吸立式离心泵。其参数如下：流量：2.625m?/s ；扬程：50m；转速：590r/min；效率：88%。配套电机主要技术参数：功率：1800KW；频率：50HZ；电机转速：590r/min；绝缘等级：F。
总之，选择和使用泵，除了考虑现场具体情况外应使泵的工作点落在工作范围内，以保证运转经济性和安全性。