蝸殼式混流泵自吸改造及其經(jīng)濟效果

□袁龍波 孟維賓

蝸殼式混流泵安裝高程一般均高于進(jìn)水池水位，運行需向進(jìn)水管和泵體中充滿水后水泵才能正常運行。作者在進(jìn)行廣東省化州市長歧鎮(zhèn)土地整理項目引鑒泵站設(shè)計時，借鑒了富?？h龍生小型泵站在水泵進(jìn)水管處安裝虹吸管對蝸殼式混流泵進(jìn)行充水的方法進(jìn)行工程設(shè)計，試驗抽水效果良好。

水泵啟動前充水的方式通常有以下三種：

一是安裝底閥。底閥為單向閥，裝在進(jìn)水管的進(jìn)口，由于底閥的滲漏，每次運行前均需向水泵以及進(jìn)水管充水，充滿水后開機運行。

這種方法的缺點是底閥水頭損失較大，會增加水泵的實際工作揚程，影響水泵的裝置效率。同時，人工充水費時費力，還容易發(fā)生底閥卡住的現(xiàn)象。

二是設(shè)置真空泵。對于進(jìn)水管直徑大于300 mm的大、中型泵站，或自動化要求程度較高的泵站，真空抽氣裝置是一種常用的充水設(shè)備，依靠真空泵將進(jìn)水管至出水管閘閥間的空氣抽空，進(jìn)水池的水在大氣壓力作用下沿進(jìn)水管上升，直至充滿進(jìn)水管和水泵，然后開機運行。

真空泵充水的優(yōu)點是充水時間短、泵站效率高、勞動強度低、易于實現(xiàn)泵站自動化。缺點是投資較大。

三是設(shè)置真空水箱。水泵啟動前，將水箱灌滿水后密封。水泵啟動后，水泵從真空箱進(jìn)水，由于水箱水位下降致使水箱內(nèi)形成一定的真空，進(jìn)水池中的水就會在大氣壓的作用下，經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入水箱，從而形成水的循環(huán)，使水泵正常運行。

這種充水方法具有水力損失小，泵站效率高，技術(shù)人員勞動強度低，啟動簡便，利于實現(xiàn)水泵機組的自動化控制等優(yōu)點。缺點是水箱體積較大，占用空間，須設(shè)置專門的基礎(chǔ)承載水箱。

混流泵在應(yīng)用時可參考自吸泵工作原理對進(jìn)口管稍加改造，具體做法如下。

一是在水泵進(jìn)水口接一段虹吸管(可根據(jù)進(jìn)水管與水平面夾角由兩節(jié)或者三節(jié)彎管拼接而成)，以保證泵內(nèi)所儲存水體的水位能夠淹沒葉輪，使水泵內(nèi)始終保持有能夠淹沒葉輪的水位，這就要求虹吸管底部高于水泵蝸殼的最高點。

二是水泵出水管必須有一定長度的向上傾斜的管道，目的是當(dāng)水泵蝸殼中水量不足時，出水管中的水能夠回流到水泵蝸殼中，且能夠阻斷蝸殼與出水管外大氣的連通，保證蝸殼內(nèi)的真空狀態(tài)。

水泵自吸工作過程為：第一次啟動，需向水泵中加水，使泵中水位淹沒水泵葉輪。開機后，葉輪轉(zhuǎn)動，蝸殼內(nèi)的水在離心力和軸向力的作用下被甩到葉輪外緣，這樣進(jìn)水口處就會形成一定的真空，進(jìn)水管中的空氣就會從水泵進(jìn)口吸入葉輪，在葉輪外形成汽水混合體，沿蝸殼流道上升并進(jìn)入出水管，此時蝸殼內(nèi)水體將逐漸減少，汽水混合體中水體成分也逐漸減少。因為水的質(zhì)量大，氣體質(zhì)量小，即使葉輪高速旋轉(zhuǎn)，也無法帶動氣體形成足夠的壓力使水沿出水管繼續(xù)上升所以空氣由出水管溢出，水在重力的作用下回流至蝸殼，與進(jìn)水管空氣再次混合。這樣反復(fù)多次，吸水管中空氣逐漸被排出，當(dāng)吸水管達(dá)到一定的真空度后，水就被抽了上來，水泵進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

水泵自吸出水的時間與進(jìn)水管的空氣體積和水泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)，進(jìn)水管內(nèi)空氣體積越小，水泵轉(zhuǎn)速越大，抽氣的時間越短，一般在8分鐘內(nèi)均可完成抽氣過程。停泵后，由于虹吸管作用，水泵中會存蓄一定的水，下次開機就不必再充水了。

下面就各種充水方法的經(jīng)濟效果進(jìn)行一下分析比較：

首先，帶底閥抽水與取消底閥抽水的經(jīng)濟效果是有區(qū)別的，而且這種效果是水泵整個運行過程中長期存在的。例如一臺200HW-10混流泵，假設(shè)進(jìn)水管帶底閥和取消底閥后水泵均處于高效區(qū)運行，且水泵效率相同，則在相同電機功率的情況下，不帶底閥水泵的出水量必然大于帶底閥的水泵，從而提高了單位能量的出水量，一般情況下可以節(jié)能10%～15%。

其次，對于前述幾種充水方式在一次設(shè)備投資上也有較大差異，下表是以一臺300HW-5泵(進(jìn)水鋼管長6 m)為例，對各種充水方式進(jìn)行比較。

混流泵各種充水方式材料消耗量與出水歷時對比表

由上表可知，在一次設(shè)備投入上，采用虹吸管自吸較其他充水方式經(jīng)濟，是一種值得我們推廣應(yīng)用的充水方法。

離心式水泵充水是水泵運行管理的重要組成部分，相信隨著水利科研人員對離心泵充水方法的不斷探索，以“方便、實用、高效”為宗旨的水泵充水方法會越來越多，充水效果也會越來越好。