機(jī)電泵站自吸式引水箱的設(shè)計(jì)

鄒 剛 魯廣本

(當(dāng)陽市農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣站，湖北 當(dāng)陽 444100 )

1 自吸式引水箱的設(shè)計(jì)

1.1 自吸式引水箱的工作原理

在水泵的進(jìn)水管路中增加一個(gè)引水箱，將引水箱、泵殼和吸水管道中注滿水，然后啟動(dòng)水泵，水泵運(yùn)行時(shí)使引水箱里的水位逐漸下降而形成負(fù)壓，同時(shí)進(jìn)水池里的水在大氣壓的作用下逐步補(bǔ)充到引水箱里，使水泵持續(xù)正常運(yùn)行。停車時(shí)只需切斷動(dòng)力，出水管路的水回流到引水箱，余水經(jīng)引水箱的吸水管回流到進(jìn)水池(也可在水泵出水口增設(shè)出水拍門一個(gè)或安裝止回閥一個(gè)，以減緩水的回流速度)，再次啟動(dòng)只需合上動(dòng)力即可正常運(yùn)行。

1.2 引水箱的外形和材質(zhì)

采用3～4mm 鋼板，主體外形為圓柱體，底部和頂部為錐面或球面。為加工方便，底部和頂部也可采用平面，但必須焊接加強(qiáng)筋，以增加抗負(fù)壓強(qiáng)度。

1.3 引水箱的必需最小容積計(jì)算

為方便計(jì)算，現(xiàn)以玉陽辦事處坳口村七里崗泵站為例，該泵站選用200S-42水泵，該泵進(jìn)水口徑D進(jìn)=200mm(半徑R1=100mm)，汽蝕余量(NPSH)r為6m，流量Q=280m3/h=0.078m3/s，水泵安裝高度(指水泵進(jìn)水口中心線至進(jìn)水池最低水位線的安裝高度)H安初定為3m，引水箱進(jìn)水管選用DN200mm鋼管，管路長度L1=6m，水泵進(jìn)水管(DN200mm鋼管)在引水箱內(nèi)長度L2為1.5m，查普通鋼管摩阻率表及相關(guān)資料，200mm鋼管摩阻率f=8.59，本地標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=10.33m，核算水泵安裝高度并計(jì)算引水箱的有效容積：

(1)引水箱進(jìn)水管路容積

V箱進(jìn)=πR12L1=3.14×0.12×6=0.188m3

(2)水泵進(jìn)水管在引水箱內(nèi)占用體積

V泵進(jìn)=πR12L2=3.14×0.12×1.5=0.047m3

(3)引水箱進(jìn)水管路沿程損失

H沿?fù)p1=fL1Q2=8.59×6×0.0782=0.314m

(4)水泵進(jìn)水管路沿程損失

H沿?fù)p2=fL2Q2=8.59×1.5×0.0782=0.08m

(5)水泵允許吸程

H吸=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓-汽蝕余量(NPSH)r-H沿?fù)p1-H沿?fù)p2=10.33-6-0.314-0.08=3.936m，因此該泵的安裝高度不能超過3.936m(進(jìn)水彎頭和喇叭口局部損失在此忽略)。

(6)引水箱必需最小容積

根據(jù)以上計(jì)算，因?qū)嶋H安裝高度H安為3m，而水泵進(jìn)水口中心線至水泵排氣孔的高度為0.3m(實(shí)測(cè))，水泵排氣孔至引水箱頂部高度為0.2m(預(yù)留)，合計(jì)增加吸程0.5m，進(jìn)水管路損失揚(yáng)程H沿?fù)p1+H沿?fù)p2=0.394m(總計(jì)吸程3.894m，小于水泵的最大安裝高度3.936m，若超過，則需降低水泵安裝高度)，根據(jù)引水箱的工作原理和該泵的性能參數(shù)，引水箱工作時(shí)必須達(dá)到實(shí)際吸程和進(jìn)水管路損失揚(yáng)程之和所需真空度(即-0.394KPa)。因此引水箱的必需最小容積V≥(H安+0.5+H沿?fù)p1+H沿?fù)p2)×(V箱進(jìn)+V泵進(jìn))=(3+0.5+0.314+0.08)×(0.188+0.047)=0.915m3(不包含水箱頂部和底部無效錐體容積)。

1.4 引水箱的直徑和引水箱的高度的確定

根據(jù)水泵進(jìn)水口安裝的基本原則，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證水流平穩(wěn)、各斷面流速分布均勻，避免水流脫壁、產(chǎn)生漩渦。引水箱壁距水泵進(jìn)水管的距離必須大于2倍進(jìn)水管徑，因此，引水箱的直徑D箱≥5×D進(jìn)≥5×200mm≥1000mm，現(xiàn)取D箱=1200mm(半徑R箱=0.6m)。因引水箱頂部與引水箱進(jìn)水管路相通，引水箱高度H箱必須在確保引水箱有效容積V的基礎(chǔ)上，增加引水箱進(jìn)水管的高度H箱進(jìn)=0.2m和水泵進(jìn)水口距引水箱底部的距離H泵進(jìn)=0.2m(此兩項(xiàng)所占用容積為無效容積)，據(jù)此計(jì)算引水箱高度H箱=V/πR箱2+H箱進(jìn)+H泵進(jìn)=(0.915/3.14×0.62)+0.2+0.2=1.209m。則引水箱的實(shí)際容積V實(shí)=πR2H箱=3.14×0.62×1.209=1.367m3(重量在200kg左右，市場(chǎng)造價(jià)2000元左右)。

在實(shí)際應(yīng)用中，引水箱的實(shí)際容積可按大于等于引水箱進(jìn)水管路容積V箱進(jìn)×水泵實(shí)際安裝高度H安×2.5的簡(jiǎn)易方法計(jì)算，但實(shí)際安裝高度不得超過允許安裝高度，需要特別注意的是水泵進(jìn)水管在引水箱內(nèi)的吸入口必須距離引水箱底面1倍以上進(jìn)水管徑，以減少進(jìn)水阻力。引水箱頂部必須高于水泵排氣口高度，確保引水箱注水時(shí)，水泵進(jìn)水管路和泵體內(nèi)全部灌滿引水。

2 自吸式引水箱的應(yīng)用

2.1 適用范圍

可廣泛用于農(nóng)業(yè)排灌、工業(yè)、城市給排水離心泵、混流泵等葉片泵的固定泵站。

2.2 性能特點(diǎn)

操作方便，高效節(jié)能，安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，使用壽命長。

2.3 有關(guān)注意事項(xiàng)

(1)根據(jù)各個(gè)泵站的地理情況，引水箱一般安裝在泵房外，特殊情況也可安裝在泵房內(nèi)，但總體原則是盡量減少進(jìn)水管路的長度，降低水泵的安裝高度，以減少進(jìn)水管路沿程損失和引水箱的容積。(2)引水箱與水泵進(jìn)水管聯(lián)接點(diǎn)位的確定：以引水箱最高蓄水位高于水泵排氣口100～200mm左右為宜，過高則增加吸程，過低則泵體內(nèi)不能灌滿引水。(3)引水箱進(jìn)水管需安裝有濾網(wǎng)進(jìn)水喇叭口，以防雜物進(jìn)入。在引水箱體上可開設(shè)檢視窗口，以便于維護(hù)保養(yǎng)。(4)一個(gè)排灌周期結(jié)束或冰凍季節(jié)，需要將水箱里的水排盡，以防設(shè)備凍裂。(5)安裝引水箱的平臺(tái)必須牢固、穩(wěn)定，不宜建在易發(fā)生滑坡、沉降等地質(zhì)條件較差的地點(diǎn)，確保泵站的安全運(yùn)行。

3 自吸式引水箱的效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

采用傳統(tǒng)的“三閥一泵”(底閥、閘閥、止回閥和真空泵)灌引水、抽真空的方式，一個(gè)泵站的“三閥一泵”約需8000元的投資，每年增加相應(yīng)維修費(fèi)500元左右，而使用自吸式引水箱的設(shè)備投資在2000元左右，長期使用不需維修，減少投資6000元，每年減少維修費(fèi)500元。當(dāng)陽市現(xiàn)已經(jīng)安裝使用自吸式引水箱的泵站有16處，共計(jì)減少設(shè)備投資約10萬元，平均已使用10年，減少維修費(fèi)8萬元左右。

3.2 社會(huì)效益

采用自吸式引水箱后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)算，水泵的實(shí)際安裝高度在特殊地理?xiàng)l件受限時(shí)可以提高1m左右，流量可增加6%以上。另外，使用自吸式引水箱時(shí)，只需第一次將引水箱灌滿引水，停機(jī)后再次開機(jī)只需啟動(dòng)電機(jī)即可，為泵站全自動(dòng)化操作提供了可能。我們將計(jì)劃引入現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，只需一部手機(jī)就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，使得水泵安裝使用更加簡(jiǎn)單方便、安全高效，必將產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。