确定循环水泵站运行工况的方法比较

34流体机械2002年第30卷第12期文章编号:1005-03292002)2-0034-03确定循环水泵站运行工况的方法比较刘金祥张军南京工业大学江苏南京210000摘要:介绍了三种确定切削后水泵的叶轮外径和Q一H特性曲线的方法并对其计算结果进行了比较和讨论。关键词:循环水泵站离心泵切削叶轮沄行工况中图分类号:TH313文献标识码:AMethods Comparison of Determination the Operating Mode of the Recycling Water Pump StationLiu jinxiang Zhang junAbstract: Three kinds of method to determine the cutting-impeller diameter and Q-H curves were introduced in this paper. The calKeywords: recycling water pump station centrifugal pump cutting- impeller ,operating mode在城市用水中江工业冷却水占60%~70%冷却水往往要求循环使用。循环冷却水量随着季2图解法确定水泵工况节的变化而有所不同。为了既满足生产要求又达12Sh-19型离心泵的Q一H特性曲线见图1到节能的目的循环水泵站的运行工况要进行相中的曲线I波形线之间的一段为高效段。根据应的调整。以某循环水泵站为例说明调整情况。管道系统特性曲线方程式该泵站夏季用1台12Sh-19型离心泵工作水泵(3)叶轮直径D2=290mm管路阻力系数S=22532/m5静扬程Hx=14m。到了冬季用水量减少了30该泵站须减少12%的供水量。因此拟将一备用叶轮切削后以待冬季使用即换轮运行。下面用不同的方法求取该叶轮外径和泵的特性曲线。1水泵叶轮的切削律15实践证明在一定条件下叶轮经过切削后,依据切削律其性能参数Q、H的变化与切削前后叶轮外径存在下列关系0Q/Q=D2/D(1)Q(Us)H/H=(D2/D2)(2)图1图解法式中Q、Q′——叶轮外径切削前、后的流量在图1所示坐标系中绘出的管道系统特性H、H——叶轮外径切削前、后的扬程曲线Q一Σ(曲线Ⅱ)与曲线/的交点A即为离D2、D2叶轮切削前、后的外径心泵装置的运行工况点。由图1知:4=188.1L将叶轮的切削量控制在一定限度内则切削H1=22.0m。A点表示将水输送至高度为H前后该水泵相应的效率可视为不变时水泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相Vol.30No.122002FLUID MACHINERY35等的所以A点称为该水泵装置的平衡工况点h2—相应于流量为Q时泵体内的虚水只要外界条件不发生变化水泵裝置将稳定地在头损失之和mh,=SQmA点工作。S—泵体内的虚阻耗系数∴2/m5冬季流量QB=165.51/从图1可知HB=m——指数对给水管道一般取1.84~220.2m。根据切削律可得切削系数现取m=2得:H=H1-SQ2K=HB/Q2=73x2/m3)(4)在高效段内任意选择两点d18022.5)和则切削抛物线方程式为(22019.5)将其坐标值代入式(8)整理后得H=737Q(5)(H1-H2)(Q2-Q2)=187.5根据切削抛物线方程在图1中绘出切削抛H1=28.6物线曲线Ⅲ)与曲线I的交点C即为满足切削所以水泵的Q-H特性曲线方程式为:律要求的B点的对应工况相似点。由图1可知H=28.6-187.5Q2(9)Qc=1758L/s,H=228m实践证明在切削限解式3和式9堆成的方程组得度以内叶轮切削前、后水泵效率的变化不大。因Q=188.1l/sH=22.0m此沏削抛物线又称为等效率曲线。即凡在等效此参数即夏季离心泵装置的运行工况点A。率曲线上的各点其相应的效率可视为相等。将解式9式5组成的方程组得B点和C点的性能参数代入式1)得出切削后的Q=175.91s,H=22.8m叶轮外径D2=QB/QD2=273m此即与B点工况相似的对应点C。代入切削律得在求得D2后利用切削律就能推面出切削切削后的叶轮外径D2=27m后水泵的特性曲线。在水泵的Q一H特性曲线将(18022.5厢d22019.5的值分别代入上选出d0,27.2)a(60,27.6)从(100,27.0c切削律算出切削后的对应点为c(169,4,19.9厢和(140,25.0)d180,22.5)e(220,19.5)f(260d(207.117.3则S=183.2,H1=25.2所以134个点将各点的坐标值分别代入切削律算切削后水泵的Q一H特性曲线方程为出切削后对应各点o(0,24.1)a(57,24.4)bH=25.2-183.2Q2(10)(9423.9)c(132,2.1)d(16919.9c(207,3.2最小二乘法17.3)f(245l1.8)并点绘在图1所示的坐标系拟合离心泵Q一H特性曲线方程式的另一中然后用一条光滑的曲线连起来即得到切削后途径是采用最小二乘法来进行。将高等数学中的水泵的Q一H特性曲线(曲线Ⅳ最小二乘法用于离心泵的Q、H双变量关系中,其正则方程组为数解法确定水泵工况离心泵装置工况点的数解法是通过水泵及管道系统特性曲线方程式解出Q和H值。问题的H关键在于确定水泵的特性曲线方程式。以下是两种数解法的求解过程。Ho>Q1+A1∑Q2+A2>Q}+…3.1抛物线法抛物线法是把水泵的高效段视为二次抛物线Am∑Q"nH: Qi(11)上的一段采用这种方式来建立Q一H特性曲线方程式。现假设12Sh-19型离心泵特性曲线上的高效段可用下列方程的形式来表示。即H0∑Q"+A1∑Q+1+A2∑Q"+2+…H=H-h(6)或H=H-s,Q(7)Am∑QHi Q式中H—水泵的实际扬程m拟合离心泵Q一H特性曲线方程可根据不36流体机械2002年第30卷第12期或H=H0+A1Q+A2Q2+A3Q3(13)将A1、A2"代入式(12),得切削后水泵的本文选用式(12)在12Sh-19型离心泵特性Q—H特性曲线方程式曲线上取包括(Q,H0)在内的任意4点:0H=23.9+30.2Q-326Q(18)27.2)H(10027.0)d18022.5)(260,13.4)将各点的坐标值代入正则方程组整理得4结果对比与讨论540A1+1100042=-18.7(14)l1001+2440800042=-4454(15)三种方法求出的水泵特性曲线如图2所示解方程组得计算结果见表1。由图2可以看出,抛物线法求A1=0.031A2=-0.000322出的特性曲线与实测特性曲线在高效段非常吻将A、A2代入式(12)得水泵的Q—H特性合。水泵站在设计时就要求水泵在高效段内运曲线方程式行。可见对于水量变化不大的场合采用抛物线H=27.2+31Q-322Q(16)法比较合适。采用最小二乘法求出的特性曲线在解由式3和式16蛆组成的方程组得:高效段内不如拋物线法与实测曲线接近但最小Q=186.2L./s,H=21.8m二乘法求岀的特性曲线整体吻合得较好。因此此即夏季离心泵装置的运行工况点A。而冬对于水量变化较大的场合采用最小二乘法较为季流量QB=163.9L/s,H2=20.0m。则切削系数适宜。由表1可以看出虽然采用的方法不同但K=74532/m5因此切削拋物线方程式为求出的水泵切削后的叶轮外径尺寸相差甚微。可Hl=745Q2(17)见对于解决本文提出的问题三种方法均可。解式16厢式17蛆组成的方程组得Q=174.8LsH=22.8m此参数即与B点工况相似的对应点C。代入切削律得切削后的叶轮外径D′2=272mm将(0,27.2)10027.0)d(180,22.5)f(260,13.4)点的值分别代入切削律算出切削后的对应点为o(0,23.9)b(94,23.8)d(16919.8)f(244,11.8)同理将各点的坐标值代入10正则方程组求得:A1=0.0302图2结果对比A2=-0.000326表1结果对比D,' (mm)—H关系Q一H关系解法抛物线法H=28.6-187.5QH=25.2-183.2Q2最小二乘法H=27.2+310-3H=23.9+30.2Q-32602离心泵特性曲线通常是水泵生产厂通过性小还可根据不同的精度要求选用特性曲线的拟能试验"实测的。用图解法求离心泵装置的运行合方程工况比较直观物理概念清晰但不够准确。采用抛物线法也会存在一定的误差因为并不是每台作者简介刘金祥男,%64年生副教授。通讯地址21000水泵的高效段均能拟合为二次抛物线上的一段。江苏南京市中山北路20号南京工业大学城市建设与安全环境相比之下采用最小二乘法计算出的结果误差较学院。