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小流量高扬程低比转速给水泵水力设计

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延方泉　张浩　陶占春

摘要：高效离心泵的比转速范围大概在120—200之间，当离心泵比转速低于60时，我们通常称其为低比转速离心泵，低比转速离心泵一般具有小流量高扬程的特点，并且低比转速离心泵还有效率低，小流量点不稳定的不足。但是当采用了相应设计方法以后，低比转速离心泵的这些不足会得到一定的改进，本文以实际产品为例，来介绍一下低比转速给水泵的设计。

关键词：离心泵；低比转速；给水泵；设计方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.019

1 前言

某新建电厂需要一种小流量、高扬程、低比转的离心给水泵，来满足电厂工艺流程的要求，根据使用参数要求，设计了该小流量、高扬程的低比转速给水泵。具体参数如下：

温度：180℃；流量：464m3/h；扬程：3440m；转速：5800rpm。

由于该类型泵流量小、流道窄，木型和铸造都有一定困难，通常采用节段式的布置结构，但是从泵运行的稳定性和高效性出发，该泵内壳体采用了水平中开式的涡壳结构。泵共有6级叶轮，其中首级叶轮为双吸式，其余5个次级叶轮采用背靠背相向布置。

2 水力设计

水力设计是根据给定的性能参数计算和确定泵叶轮和涡壳等泵的过流部件参数，从而为泵的零件设计和结构设计提供量化的尺寸参数。通过对该类型泵的参数统计，该类型泵的在一定流量范围内的首级叶轮和次级叶轮扬程比如下表：

由于该泵的流量较小，统计范围内暂未有该泵首、次级叶轮扬程比的推荐范围，根据统计的数据趋势，设计过程中选取了0.7做为扬程比的分配方案，即首、次级叶轮扬程比为。

2.1 计算首、次级扬程

额定点首、次级扬程和分别为：

泵的运行转速（n=5800rpm），根据计算泵的首、次级比转速和分别为：

2.2 采用加大流量的设计方法对设计参数进行优化

2.2.1 加大流量设计方法的理论依据

由于低比转速泵的理论效率较低，为了提高泵运行的经济性和可运行性，该泵水力部件的设计过程采用了加大流量的设计方法。加大流量的设计方法顾名思义是通过增加泵的设计流量来提高泵的设计比转速，从而提高泵的理论设计效率，达到节能高效的设计目的。加大流量的设计方法的本质是增大、b2、b3。

加大流量的设计方法是低比转速泵设计优化提高效率的一种手段，加大流量设计方法的修正系数是通过大量的性能试验得到，在实际的工程应用中具有较高实用价值。加大流量设计方法的修正系数为，流量系数范围k1=1.1-1.7，比转速系数范围k2=1.06-1.43。

2.2.2 增大系数的确定

根据该泵的使用工况，按照其使用环境将泵的设计流量增大1.15倍，在保持扬程不变的情况下就增大泵的比转速，从而达到提高泵理论效率的目的。最终泵设计参数如下：

温度：180℃；流量：533.6m3/h；扬程：3440m；转速：5800rpm。

参数增大后，根据计算首、次级比转速、分别为：

增大流量后，比转速的增大系数分别为：

比转速的增大系数在修正系数的范围之内，满足增大流量设计方法的要求。

3 试验结果

按照以上增大后的比转速进行泵模型的选择与换算，通过试验其效率明显优于常规设计方法设计的泵效率，性能对比如下：

设计点：流量533.6m3/h；试验效率80.0%。

目标点：流量464m3/h；试验效率77.8%；统计效率73.5%。

注：统计目标点效率根据GB/T 13007-2011求得。

4 结论

根據该泵的试验结果可知，通过加大流量设计法的优化设计，泵的效率有了较大提高，扬程和转速等性能参数基本不变，给水泵的性能满足设计的输入要求。通过该泵的实际应用，对小流量、高扬程、低比转速离心泵的设计和改造提供了借鉴意义，特别是对现有运行的低比转速的低效率泵的降耗增效改造方便，提供了一个可行方向。

参考文献：

[1]金树德，陈次昌.现代水泵设计方法[M].高等教育出版社.

[2]关醒凡.现代泵技术手册[M].宇航出版社.

[3]沈阳水泵研究所.叶片泵设计手册[M].机械工业出版社.

作者简介：延方泉（1986-），男，河南鹿邑人，本科，工程师，研究方向：火电站和核电站泵类产品的开发设计。

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