这里介绍第三种选型方法的具体步骤如下:
(1)根据当地的经济条件和工程的重要性确定设计标准,对灌区,一般采用灌溉保证率。提水灌区的灌溉保证率一般应高于自流灌区,可取为75%~90%。对排水站,常用设计频率的概念,如设计频率为10%,表示在多年平均的情况下,在十年一遇的暴雨和外江水位时,排水区内的渍水能及时排除,不受涝灾。
(2)通过频率计算,求出设计标准对应的泵站流量。对于较大的灌区或排水区,往往在灌排季节中的流量是变化的,因此需要求出流量过程线。
(3)根据流量过程线定出流量变化梯级,再根据节省工程投资和运行费用等要求,初步确定几种能够满足要求的水泵台数,从而大致定出不同方案所要求的单台水泵的设计流量。
(4)用水量加权平均的方法计算50%频率的中等年份的设计净扬程H均sy和设计保证率或设计频率相应年份的设计净扬程H均sy、以及最大和最小净扬程H大sy和H小sy。
(5)初估管路损失h损,并求出泵站的总扬程。初估时管路损失扬程一般可按净扬程的10%~30%计,低扬程取大值,高扬程取小值。
(6)用中等年份的泵站总扬程H均和略大于依据第(3)步骤求出的单台水泵的流量,在水泵的综合型谱中选择几种效率较高的水泵,作为不同的选型方案。
图5-28 按中等年份的扬程选泵
(7)确定水泵台数。首先应该求出在设计扬程下水泵的流量Q设(见图5-28),用该流量除泵站的总流量Q站,即得该泵站的水泵台数。一般认为,水泵台数也与工程投资、运行费用等因素有关。由于大泵比小泵效率高,水泵台数少,因此能源消耗和运行费用较低。但若水泵台数太少,则难以适应排灌流量的变化,运行调度也不灵活。而且当水泵发生故障后,对排灌的影响很大,使效益降低。对于多级泵站,水泵台数太少时会使泵站之间难以配合,甚至造成弃水现象,浪费大量水量和能源。但是,台数太多时,在泵站流量一定的情况下所选的水泵较小,效率较低,能耗较高,管理也不方便。一般认为,每个泵站选3~9台较为合适。
(8)对所选的水泵配套动力机、传动装置、管路、并确定水泵的安装高程,然后校核最大扬程、最小扬程、起动扬程等各种工况下水泵是否发生汽蚀、振动、超载等有害现象。
(9)计算不同选型方案的泵站工程投资。
(10)根据不同方案的装置情况,求出不同工况下的泵站效率和多年平均的运行费用。
(11)进行技术经济比较,最后选择出最优方案。
对于中小型机电排灌工程,在工程投资相差不大的情况下,多年平均的泵站效率的高低可以作为水泵选型的主要依据。这样可以使水泵选型工作大为简化。
【例5-4】某灌区的灌溉面积为3万亩,灌溉定额m=600m3/亩,渠系水利用系数η渠系=0.75。设计年份的净扬程为9m,中等年份的净扬程为6m。按设计扬程选择5台20HL-50型立式混流泵,按中等年份的净扬程选择7台20ZLB-70型立式轴流泵。试比较两种选型方案多年平均耗电量和耗电费[电价按0.4元/(kW·h)计]。
【解】(1)绘出两种水泵的性能曲线(见图5-29)。
(2)配套动力机和管路,并求出装置性能曲线(计算过程略)。
(3)多年平均的耗电量应该根据中等年份的净扬程Hst=6m所对应的泵站效率来计算。由Hst=6m在图(5-29)中查得,选用20HL-50型立式混流泵时,ηst1=55%,选用20ZLB-70型立式轴流泵时,ηst2=71%。
(4)计算耗电量。由灌溉面积A、灌溉定额m,渠系水利用系数η渠系、水泵台数Z和水泵流量Q可以求出灌溉总小时数t:(www.xing528.com)
故耗电量E为:
图5-29 20HL-50型和20ZLB-70型水泵性能曲线
1—20HL-50型泵的Q-H曲线;2—20ZLB-70型泵的Q-H曲线;1'—20HL-50型泵的Q-H曲线;2'—20ZLB-70型泵的Q-H'曲线;3—20HL-50型泵的Q-η曲线;4—20ZLB-70型泵的Q-η曲线;3'—20HL-50型泵的Q-ηst曲线;4'—20ZLB-70型泵的Q-ηst曲线;
因此,两个方案的耗电量之差ΔE可用下式表示:
将题中所给的条件代入上式,得:
折合电费ΔF=fΔE=0.4×160678.87=64271.55(元)
由计算可知,选用20ZLB-70型泵比选用20HL-50型泵多年平均耗电量可以减少160678.87(kW·h),平均每年节约电费64271.55元。
【例5-5】某电灌站以水库为水源,根据水库历年水位资料和泵站出水池水位求得的多年平均净扬程为20m,设计年的净扬程为24.8m,泵站流量为1.2m3/s,试选择经济合理的泵型。
【解】根据多年平均净扬程20m,并考虑管路损失后,在综合型谱图中有以下四种泵型可供选择:14Sh-19,14Sh-19A,20Sh-19,24Sh-19A。以此作为四种水泵选型方案。根据水泵产品样本,绘出以上四种水泵的性能曲线(见图5-30)。根据地形、地质等条件,对各方案进行管路布置,并求出各方案的管路阻力参数S(s2/m5)。根据设计年的净扬程求出单台水泵的流量。根据泵站的总流量1.2m3/s和各方案单台水泵在设计年的流量求得水泵台数。根据单台水泵的配套电机和机组台数,确定各方案的总装机容量(kW),再根据当地的单位容量造价(元/kW),计算各方案的工程造价。然后以多年平均装置扬程求出各方案的单台水泵在多年平均年份中的流量、装置效率、运行时间、年耗电费用。最后进行技术经济比较,选出最优方案。本例所采用的经济比较方法为年费用(包括电费、折旧费及维修管理等各种费用在内)最小者为最优方案。折旧费主要与工程造价有关,也与设备和建筑物的类型有关。折旧费等于工程造价与折旧率之乘积。为了考虑维修管理等各项费用,故在计算年费用时,可以适当增大折旧率。本例中采用的折旧率为4%。
图5-30 四种水泵的性能曲线
表5-5 水泵选型计算表
注 1.单位容量造价α=500元/kW;2.折旧率β=4%;3.P为装机容量;4.F1为年生产费用;5.F2为年耗电费用。
现将以上四种方案的计算过程列入表5-5。由此可见,年费用最小者为5.85万元,其相应的泵型为方案Ⅲ的3台20Sh-19。如果该泵能满足最大扬程、最小扬程和起动扬程等各种校核工况下水泵不发生汽蚀、振动、超载等有害现象,则可以认为方案Ⅲ是最经济合理的选型方案。
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