蜗壳式混流泵自吸改造及其经济效果

2010-07-12袁龙波孟维宾

水利科学与寒区工程 2010年6期

□袁龙波孟维宾

蜗壳式混流泵安装高程一般均高于进水池水位，运行需向进水管和泵体中充满水后水泵才能正常运行。作者在进行广东省化州市长歧镇土地整理项目引鉴泵站设计时，借鉴了富裕县龙生小型泵站在水泵进水管处安装虹吸管对蜗壳式混流泵进行充水的方法进行工程设计，试验抽水效果良好。

水泵启动前充水的方式通常有以下三种：

一是安装底阀。底阀为单向阀，装在进水管的进口，由于底阀的渗漏，每次运行前均需向水泵以及进水管充水，充满水后开机运行。

这种方法的缺点是底阀水头损失较大，会增加水泵的实际工作扬程，影响水泵的装置效率。同时，人工充水费时费力，还容易发生底阀卡住的现象。

二是设置真空泵。对于进水管直径大于300 mm的大、中型泵站，或自动化要求程度较高的泵站，真空抽气装置是一种常用的充水设备，依靠真空泵将进水管至出水管闸阀间的空气抽空，进水池的水在大气压力作用下沿进水管上升，直至充满进水管和水泵，然后开机运行。

真空泵充水的优点是充水时间短、泵站效率高、劳动强度低、易于实现泵站自动化。缺点是投资较大。

三是设置真空水箱。水泵启动前，将水箱灌满水后密封。水泵启动后，水泵从真空箱进水，由于水箱水位下降致使水箱内形成一定的真空，进水池中的水就会在大气压的作用下，经进水管进入水箱，从而形成水的循环，使水泵正常运行。

这种充水方法具有水力损失小，泵站效率高，技术人员劳动强度低，启动简便，利于实现水泵机组的自动化控制等优点。缺点是水箱体积较大，占用空间，须设置专门的基础承载水箱。

混流泵在应用时可参考自吸泵工作原理对进口管稍加改造，具体做法如下。

一是在水泵进水口接一段虹吸管(可根据进水管与水平面夹角由两节或者三节弯管拼接而成)，以保证泵内所储存水体的水位能够淹没叶轮，使水泵内始终保持有能够淹没叶轮的水位，这就要求虹吸管底部高于水泵蜗壳的最高点。

二是水泵出水管必须有一定长度的向上倾斜的管道，目的是当水泵蜗壳中水量不足时，出水管中的水能够回流到水泵蜗壳中，且能够阻断蜗壳与出水管外大气的连通，保证蜗壳内的真空状态。

水泵自吸工作过程为：第一次启动，需向水泵中加水，使泵中水位淹没水泵叶轮。开机后，叶轮转动，蜗壳内的水在离心力和轴向力的作用下被甩到叶轮外缘，这样进水口处就会形成一定的真空，进水管中的空气就会从水泵进口吸入叶轮，在叶轮外形成汽水混合体，沿蜗壳流道上升并进入出水管，此时蜗壳内水体将逐渐减少，汽水混合体中水体成分也逐渐减少。因为水的质量大，气体质量小，即使叶轮高速旋转，也无法带动气体形成足够的压力使水沿出水管继续上升所以空气由出水管溢出，水在重力的作用下回流至蜗壳，与进水管空气再次混合。这样反复多次，吸水管中空气逐渐被排出，当吸水管达到一定的真空度后，水就被抽了上来，水泵进入正常工作状态。

水泵自吸出水的时间与进水管的空气体积和水泵的转速有关，进水管内空气体积越小，水泵转速越大，抽气的时间越短，一般在8分钟内均可完成抽气过程。停泵后，由于虹吸管作用，水泵中会存蓄一定的水，下次开机就不必再充水了。

下面就各种充水方法的经济效果进行一下分析比较：

首先，带底阀抽水与取消底阀抽水的经济效果是有区别的，而且这种效果是水泵整个运行过程中长期存在的。例如一台200HW-10混流泵，假设进水管带底阀和取消底阀后水泵均处于高效区运行，且水泵效率相同，则在相同电机功率的情况下，不带底阀水泵的出水量必然大于带底阀的水泵，从而提高了单位能量的出水量，一般情况下可以节能10%～15%。

其次，对于前述几种充水方式在一次设备投资上也有较大差异，下表是以一台300HW-5泵(进水钢管长6 m)为例，对各种充水方式进行比较。