机电泵站自吸式引水箱的设计

邹 刚 鲁广本

(当阳市农机化技术推广站，湖北 当阳 444100 )

1 自吸式引水箱的设计

1.1 自吸式引水箱的工作原理

在水泵的进水管路中增加一个引水箱，将引水箱、泵壳和吸水管道中注满水，然后启动水泵，水泵运行时使引水箱里的水位逐渐下降而形成负压，同时进水池里的水在大气压的作用下逐步补充到引水箱里，使水泵持续正常运行。停车时只需切断动力，出水管路的水回流到引水箱，余水经引水箱的吸水管回流到进水池(也可在水泵出水口增设出水拍门一个或安装止回阀一个，以减缓水的回流速度)，再次启动只需合上动力即可正常运行。

1.2 引水箱的外形和材质

采用3～4mm 钢板，主体外形为圆柱体，底部和顶部为锥面或球面。为加工方便，底部和顶部也可采用平面，但必须焊接加强筋，以增加抗负压强度。

1.3 引水箱的必需最小容积计算

为方便计算，现以玉阳办事处坳口村七里岗泵站为例，该泵站选用200S-42水泵，该泵进水口径D进=200mm(半径R1=100mm)，汽蚀余量(NPSH)r为6m，流量Q=280m3/h=0.078m3/s，水泵安装高度(指水泵进水口中心线至进水池最低水位线的安装高度)H安初定为3m，引水箱进水管选用DN200mm钢管，管路长度L1=6m，水泵进水管(DN200mm钢管)在引水箱内长度L2为1.5m，查普通钢管摩阻率表及相关资料，200mm钢管摩阻率f=8.59，本地标准大气压=10.33m，核算水泵安装高度并计算引水箱的有效容积：

(1)引水箱进水管路容积

V箱进=πR12L1=3.14×0.12×6=0.188m3

(2)水泵进水管在引水箱内占用体积

V泵进=πR12L2=3.14×0.12×1.5=0.047m3

(3)引水箱进水管路沿程损失

H沿损1=fL1Q2=8.59×6×0.0782=0.314m

(4)水泵进水管路沿程损失

H沿损2=fL2Q2=8.59×1.5×0.0782=0.08m

(5)水泵允许吸程

H吸=标准大气压-汽蚀余量(NPSH)r-H沿损1-H沿损2=10.33-6-0.314-0.08=3.936m，因此该泵的安装高度不能超过3.936m(进水弯头和喇叭口局部损失在此忽略)。

(6)引水箱必需最小容积

根据以上计算，因实际安装高度H安为3m，而水泵进水口中心线至水泵排气孔的高度为0.3m(实测)，水泵排气孔至引水箱顶部高度为0.2m(预留)，合计增加吸程0.5m，进水管路损失扬程H沿损1+H沿损2=0.394m(总计吸程3.894m，小于水泵的最大安装高度3.936m，若超过，则需降低水泵安装高度)，根据引水箱的工作原理和该泵的性能参数，引水箱工作时必须达到实际吸程和进水管路损失扬程之和所需真空度(即-0.394KPa)。因此引水箱的必需最小容积V≥(H安+0.5+H沿损1+H沿损2)×(V箱进+V泵进)=(3+0.5+0.314+0.08)×(0.188+0.047)=0.915m3(不包含水箱顶部和底部无效锥体容积)。

1.4 引水箱的直径和引水箱的高度的确定

根据水泵进水口安装的基本原则，设计时，应保证水流平稳、各断面流速分布均匀，避免水流脱壁、产生漩涡。引水箱壁距水泵进水管的距离必须大于2倍进水管径，因此，引水箱的直径D箱≥5×D进≥5×200mm≥1000mm，现取D箱=1200mm(半径R箱=0.6m)。因引水箱顶部与引水箱进水管路相通，引水箱高度H箱必须在确保引水箱有效容积V的基础上，增加引水箱进水管的高度H箱进=0.2m和水泵进水口距引水箱底部的距离H泵进=0.2m(此两项所占用容积为无效容积)，据此计算引水箱高度H箱=V/πR箱2+H箱进+H泵进=(0.915/3.14×0.62)+0.2+0.2=1.209m。则引水箱的实际容积V实=πR2H箱=3.14×0.62×1.209=1.367m3(重量在200kg左右，市场造价2000元左右)。

在实际应用中，引水箱的实际容积可按大于等于引水箱进水管路容积V箱进×水泵实际安装高度H安×2.5的简易方法计算，但实际安装高度不得超过允许安装高度，需要特别注意的是水泵进水管在引水箱内的吸入口必须距离引水箱底面1倍以上进水管径，以减少进水阻力。引水箱顶部必须高于水泵排气口高度，确保引水箱注水时，水泵进水管路和泵体内全部灌满引水。

2 自吸式引水箱的应用

2.1 适用范围

可广泛用于农业排灌、工业、城市给排水离心泵、混流泵等叶片泵的固定泵站。

2.2 性能特点

操作方便，高效节能，安全可靠，经济实用，使用寿命长。

2.3 有关注意事项

(1)根据各个泵站的地理情况，引水箱一般安装在泵房外，特殊情况也可安装在泵房内，但总体原则是尽量减少进水管路的长度，降低水泵的安装高度，以减少进水管路沿程损失和引水箱的容积。(2)引水箱与水泵进水管联接点位的确定：以引水箱最高蓄水位高于水泵排气口100～200mm左右为宜，过高则增加吸程，过低则泵体内不能灌满引水。(3)引水箱进水管需安装有滤网进水喇叭口，以防杂物进入。在引水箱体上可开设检视窗口，以便于维护保养。(4)一个排灌周期结束或冰冻季节，需要将水箱里的水排尽，以防设备冻裂。(5)安装引水箱的平台必须牢固、稳定，不宜建在易发生滑坡、沉降等地质条件较差的地点，确保泵站的安全运行。

3 自吸式引水箱的效益分析

3.1 经济效益

采用传统的“三阀一泵”(底阀、闸阀、止回阀和真空泵)灌引水、抽真空的方式，一个泵站的“三阀一泵”约需8000元的投资，每年增加相应维修费500元左右，而使用自吸式引水箱的设备投资在2000元左右，长期使用不需维修，减少投资6000元，每年减少维修费500元。当阳市现已经安装使用自吸式引水箱的泵站有16处，共计减少设备投资约10万元，平均已使用10年，减少维修费8万元左右。

3.2 社会效益

采用自吸式引水箱后，根据现场实际测算，水泵的实际安装高度在特殊地理条件受限时可以提高1m左右，流量可增加6%以上。另外，使用自吸式引水箱时，只需第一次将引水箱灌满引水，停机后再次开机只需启动电机即可，为泵站全自动化操作提供了可能。我们将计划引入现代物联网技术，只需一部手机就可实现远程操控，使得水泵安装使用更加简单方便、安全高效，必将产生更好的经济和社会效益。