以上所介绍的是清水泵的性能曲线,水泵效率的高低主要取决于机械损失、容积损失以及水力损失的大小,但被抽水流中的泥沙存在会使各种损失增加,因而使水泵效率大大下降。机械损失中与泥沙有关的是填料密封和轮盘机械损失,即ΔP填和ΔP盘。当填料密封的水封用水是浑水时,水封环和填料与泵轴之间的摩擦会显著增大,从而使ΔP填增加。对于离心泵,特别是高扬程(即低比转速)泵,轮盘损失占总功率损失的比例很大,如ns=30的水泵,圆盘损失接近水泵轴功率的30%。当水中含沙量增加后,摩擦阻力损失增大,特别是当叶轮盖板和泵体被磨坏后,相对粗糙度增大,故摩擦阻力损失更大,所以泥沙对圆盘损失影响很大。此外,含沙水流也会不断磨损密封环(又称口环),使间隙宽度b迅速变大,泄漏流量q急剧增加,从而增大容积损失。水泵的水力损失主要包括液体与过流壁画的摩擦阻力损失和旋涡损失。由于水流泥沙对过流壁面(如叶片、泵体等)的摩擦加剧,壁面磨坏后,同样会使相对粗糙度增大,使摩擦阻力增加。同时由于水的容重的增加,当水流速度的大小和方向发生变化时,惯性力和离心力都会增大,旋涡也必然增大,从而使水力损失增大。如果泥沙使填料密封中的水封环或泵轴磨坏后破坏了填料的密封性,让空气进入水泵,水泵的效率将会更加明显地下降。
图5-11 含沙量对双吸式离心泵性能的影响
不同含沙量对水泵性能的影响大小可以通过试验测定。图5-11是双吸式离心泵在不同含沙率ρ时的性能曲线。根据室内试验资料和现场观测资料分析,水中的含沙率ρ与水泵流量Q、扬程H、轴功率P和效率η0有如下关系:
当ρ<5%时
当8%<ρ<15%时
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当ρ≤5%时
当5%<ρ<15%时
式中:Q0、H0、P0、η0分别为清水(ρ=0)最高效率点所对应的水泵流量、扬程、轴功率和效率;Qρ、Hρ、Pρ、ηρ分别为含沙率为ρ时最高效率点所对应的水泵流量、扬程、轴功率和效率。
若浑水的含沙量为Ws(kg/m3),则
由以上各式和图5-11可知,随着过泵水流含沙量的增大,水泵流量减少,功率增大,效率降低。例如,当ρ=10%时,水泵流量Qρ=0.84Q0,扬程Hρ=0.975H0,功率Pρ=1.07P0,效率ηρ=0.8η0。即水泵流量减少16%,扬程降低2.5%,功率增大7%,效率降低20%。
由以上各式还可看出,当ρ<5%时,含沙率对水泵的各工作参数影响较小,但当ρ=10%(含沙量Ws=106.6kg/m3,浑水容重为1067kg/m3)时,水泵效率降低20%,能源消耗将大幅度上升。为了节约能源,降低运行费用,含沙率应控制在5%以下,最大不超过10%。
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