如何研制适合泵站改造的新型泵？

如果按照泵站改造所需要的流量和扬程选，市场上没有合适的泵型可选，则应该研制新泵。众所周知，水泵的流量、扬程不同时，其配套功率也有所不同。不同泵房面积和不同功率时，泵站的工程投资也有所不同。不同水泵效率、管道效率和电机效率又会引起装置效率的变化。由此可见，水泵不同选型方案最终将影响泵站的工程投资和经济效益。为此可以分别计算出不同选型方案的工程投资、运行费用及经济效益，通过技术经济比较则可选出最优选泵方案。这里介绍大型轴流泵站最佳参数组合的选泵方法。

1.确定水泵选型方案

水泵台数可根据公式（5-53），设定不同的水泵台数Zi，计算出不同台数相应的水泵流量Qi。

式中：Qz为泵站的总流量；Zi为水泵台数，可根据上述原则加以确定。

Zi如在3～7之间取整数值，每一个水泵台数代表一个选泵方案。如泵站总流量QZ=100m3/s，第一方案的水泵台数为Z1=3时，该方案的每台泵的流量为33.33m3/s。第二方案的水泵台数Z2=4时，该方案的每台泵的流量为25m3/s。

2.计算折引直径

轴流泵的折引直径D0可按公式（5-54）计算：

式中：Q为水泵流量，m3/s；K为系数（一般取范围为4.0～4.5）；n为水泵转速，r/min。

目前，我国多采用水泵和电动机直接传动，以提高传动效率，也可以避免因齿轮变速箱引起的噪音和维护方面的麻烦。因此，在直接传动的情况下，水泵的转速和电动机相同。电动机的同步转速为：

式中：f为电源频率，我国的f=50；p为电动机的极对数。

由此可见，电动机的极对数越多，其同步转速则越慢。另外，电动机的极对数为整数，因此，电动机的转速变化不是连续，而是分档次的。对水泵而言，在转速相同的情况下，叶轮外圆的切线速度随叶轮直径的增大而增大。而切线速度的大小直接影响水泵的汽蚀性能，因此，水泵叶轮直径越大，要求水泵的转速则越小。根据我国大泵的设计参数，1.6m和4.5m直径轴流泵转速为250r/min（p=12）和100r/min（p=30）；6.0m直径的大型混流泵转速为75r/min（p=40）。据此可以确定不同直径的几个不同转速，由此可以计算出相应的折引直径D0j（其中j表示不同转速的序号，j=1，2，3，…）。

3.计算水泵叶轮直径

轴流泵的叶轮直径可按下式计算：

式中：d为轮毂直径；D为叶轮外径；d/D表示轮毂比，与水泵的比转数ns有关。

假定一个ns值，可根据图5-31查得其相应的d/D值。

4.计算水泵的总扬程

根据水泵叶轮直径D和水泵的结构型式（卧式、斜式或立式）选择进出水流道型式，并通过水力计算，求出流道阻力损失h损，然后，根据泵站装置扬程Hsy，按下式计算出水泵的总扬程：

图5-31　轴流泵的轮毂比曲线

另外，根据假定的水泵比转数计算公式也可以计算出相应的水泵总扬程H'：

当上述H和H'的差值小于我们所规定的允许误差时，则可以认为所假设的比转数是可以满足要求的，所求得的水泵参数（D、n、Q、H、ns等）组合是相互对应的，否则需要重新假定ns，重新计算叶轮直径和总扬程，直至H和H'之差小于允许误差为止。这是一个迭代过程，用电子计算机很快可以算出结果。为了简便起见，作者通过大量计算，绘制出了确定大型轴流泵基本参数的曲线图，见图5-32所示。例如，求H=9m，Q=25m3/s，ns=500所对应的水泵口径D时，可以先在纵坐标上取H=9m，通过该点画水平线与第一象限横坐标ns=500的垂线交于A点，与第二象限Q=25m3/s的直线交于B点。然后，过A点作垂线交于第四象限的直线于F点。过B点作垂线交于第二象限的ns=500的直线于C点。再过C点作水平线与虚线交于E点。过E点作垂线向下，与过第四象限的F点的水平线在第三象限交于G点，从中可以查出该点落在D=2.8m的曲线上，说明该组参数对应的水泵叶轮直径为2.8m。

5.计算多年平均的泵站效率(www.xing528.com)

图5-32　大型轴流泵基本参数的曲线图

当采用直接传动时，传动效率ηin=1；当进出水池水力损失可以忽略时，进出水池效率ηpo=1。这样，泵站效率ηst则可以简化为：

即根据电动机效率ηmo、水泵效率ηpu和流道效率ηpi即可计算出泵站效率。以下分别说明ηmo、ηpu和ηpi的确定方法。

（1）水泵效率。模型泵的效率ηm可根据统计资料，按下式求出：

大泵的效率ηpu可以根据模型泵效率用穆迪公式进行换算：

（2）流道效率。根据所采用的进出水流道形式，按下式计算流道效率ηpi：

式中：Hsy为泵站的装置扬程。

当进出水池的阻力损失可以忽略时，装置扬程Hsy与泵站净扬程Hst相等。同时将水泵流量Q、流道阻力参数S以及Hst，代入式（5-62）后即可算出流道效率ηpi。

（3）电动机效率。电动机效率与负荷系数有关。一般在负荷系数等于0.75～1.0时，电动机的变化不大。另外，大型同步电动机的较高，一般可达ηmo=92%。

6.经济效益分析

（1）工程投资估算。泵站工程投资估算的具体方法见第四章。在水泵选型时泵站设计图纸尚未完成，无法采用直接计算法进行计算，但可以采用扩大指标进行估算。为此，先计算出泵站的总装机容量P装：

式中：QZ为泵站总流量，m3/s；K为功率储备系数（取值范围为1.10～1.05），其余符号同前。

因为泵站效率ηst已经算出，所以，泵站的装机容量很快可以算出。如果规划中已经提供了单位功率的工程投资α（元/kW），则泵站总投资K总为：

（2）年费用计算。泵站年费用包括电费、折旧费、大修理费、管理费等。

多年平均电费E电可按下式计算：

式中：f为电价，元/kW；t为多年平均运行小时，h；其余符号意义同前。

折旧费、大修理费、管理费等与泵站的总投资有直接关系。一般可以按总投资K总的一定比例α1、α2、α3进行计算。因此，泵站的年运行费用E可用下式计算：

（3）最优方案选择。通过上述计算，可以计算出很多泵站参数组合方案的年费用。根据年费用最小的最优目标，可以认定其中年费用最小的方案即为最优方案。上述计算过程比较复杂，而且计算工作量大，为此可以用电算的方法进行计算。

在泵站参数最佳组合确定后，就可以据此在水泵样本上选择符合要求的水泵型号规格。如果水泵样本上没有完全符合要求的水泵，则可以初选性能参数最接近的泵型，然后进行工况校核。当无法满足要求时，可以根据计算出来的最佳参数组合向有关厂家公开招标，研制新泵。根据我国现在的技术条件，在较短时间研制出新泵是完全可能的。但应该注意，大泵的研制应该符合包括模型泵验收在内的有关规范要求。因为新泵的研制需要的生产周期较长，需要研制经费，但如果有可能研制出效率更高，安装检修更方便，使用时更加安全可靠的新泵型，经过技术经济比较，认为新泵研制的还本年限或抵偿年限符合规范要求，研制新泵工作是有意义的。