水泵选型要考虑什么?流量、扬程怎么参考
(一)泵的主要性能参数
泵的性能参数主要有流量和扬程,此外还有轴功率、效率、转速和必需汽蚀裕量等。
1. 流量是指单位时间内通过泵出口输出的液体量,一般采用体积流量或质量流量。泵在单位时间内,实际输送液体的体积称为泵的流量。
通常用字母Q 表示。单位是:m/h、L/s。
水泵的流量,即出水量,一般不宜选得过大,否则,增加购买水泵的费用;流量大,功率大,还会增加线路、电器控制方面的费用。应具体问题具体分析。
2.扬程是指单位重量液体流经泵以后能量的增加值,即液体在泵出口和进口的水压之差,通常用字母 H 表示。单位是:m。标准用:Pa、hpa、KPa、MPa。另外还有:mmhg、 kgf/cm。所谓扬程是指所需要的总扬程,而不是提水高度,这一点对选择水泵尤为重要。水泵扬程大约为提水高度的1.15~1.20倍。如:某水源到用水处的垂直高度20米,其所需扬程大约为23~24米。选择水泵时应使水泵样本(铭牌)上的扬程最好与所需扬程接近,这样的情况下,水泵的效率最高,使用会更经济。但并不一定要求绝对相等,“般偏差只要不超过20%,泵都能在较节能的情况下工作。
3.进口压力Ps 和出口压力Pd ,进、出口压力指泵进出口管法兰处的压力,进出口压力的大小影响到壳体的耐压和轴封的要求。
4.温度T 指泵的进口介质温度,一般应给出工艺过程中泵进口介质的正常、最低和最高温度。
5.装置汽蚀余量NPSHa,也称有效汽蚀余量。
6.操作状态:分连续操作和间歇操作两种。
7.泵的性能曲线
通常把表示主要性能参数之间关系的曲线称为泵的性能曲线或特性曲线,实质上,泵性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式,通过实测求得。特性曲线包括:流量-扬程曲线(Q - H ),流量-效率曲线(Q - η),流量-功率曲线( Q-N ),流量-汽蚀余量曲线(Q -( NPSH )r ),性能曲线的作用是泵任意的流量点,都可以在曲线上找出一组与其相对的扬程、功率、效率和汽蚀余量值,这一组参数称为工作状态,简称工况或工况点,离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点,最佳工况点一般为设计工况点。
(二)输送介质的物理化学性能
输送介质的物理化学性能直接影响泵的性能、材料和构造,是选型时需要考虑的重要因素。介质的物理化学性能包括:介质名称、介质特性(如腐蚀性、耐腐蚀性、毒性等)、固体颗粒含量及颗粒大小、比重、密度、粘度,汽化压力等。必要时还应列出介质中的气体含量,说明介质是否易结晶。
(三)现场条件
1、现场条件包括泵的安装位置(室内、室外),环境温度,相对湿度,大气压力,大气腐蚀状况及危险区域的划分等级条件。危险区域包括:易燃、易爆、易毒、高温、高空等特殊场合。
2、其它因素:选型时要考虑场地条件的限制、工程造价、安装高度等,从而决定采用何种结构形式的泵型,如卧式泵、立式泵、液下泵、自吸泵等。
泵的选型原则
泵的选型就是根据泵的工作环境、条件,泵正常运行必需的性能参数,以及被输送介质的物理、化学性质全面地考虑泵装置系统中泵的技术性能指标、泵材质选用、电动机的匹配、密封的可靠性及节能、使用维护等综合经济指标的要求,在定型的泵产品中选择出最合适的泵类型与型号规格。
合理选泵的原则,还要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标,使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说,有以下几个方面:
1. 必须满足使用流量和扬程、压力、温度、汽蚀余量、吸程等工艺参数的要求,即要求泵的运行工况点(装置特性曲线与泵的性能曲线的交点)经常保持在高效区间运行,这样既省动力又不易损坏机件。
2.所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜,又要具有良好的特性和较高的效率;投资少,运行、维护费用低。是技术先进,经济合理,成熟可靠的产品,并具有较高的灵活性,即能够满足运行方式的需要。
3.具有良好的抗汽蚀性能,这样既能减小泵房的开挖深度,又不使水泵发生汽蚀,运行平稳、寿命长,可靠性高、噪声低、振动小。
4.综合考虑到初始采购费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。
5.必须满足介质特性的要求。
①对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵,要求轴封可靠或采用无泄漏泵,如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵。
②对输送腐蚀性介质的泵,要求过流部件采用耐腐蚀性材料。A、过流零部件和轴封等应符合被输送液体的腐蚀性(pH 值)要求;B、腐蚀性较强的液体过流部件应选用非金属材料制造,如:氟塑料、陶瓷、玻璃钢、石墨等;C、一般情况下,金属泵耐磨、耐压、耐高温的性能优于非金属泵,而非金属泵的耐腐蚀性能优于金属泵。
③对输送腐蚀性液体含固体颗粒介质的泵,要求过流部应选用既耐腐蚀又耐磨的金属耐腐蚀材料制造,如高硅铸铁、双相不锈钢、镍铬合金、特种合金钢等。必要时轴封应采用清洁液体冲洗。
④根据被输送液体中所含固定颗粒的大小、含量的比例来选择不同的过流部件。A 、输送的液体中含固体颗粒较大、较多时,可选择无堵塞设计的过流部件泵,如旋流泵、单通道叶轮泵;B、根据被输送液体中所含的固体物的硬度、含量及腐蚀性来选择过流部件的材料。
⑤对有毒性、易燃、易爆、有异味的液体,贵重介质,无菌输送、真空输送等应符合不允许泄露的原则,要求泵的密封部分安全可靠或选择屏蔽泵、磁力泵、隔膜泵等。
⑥含有长纤维类液体:A、过流部件采用带撕裂、切割的结构,确保叶轮不被长纤维缠绕;B、选用无堵塞的通道式、开式或单叶片叶轮;C、考虑配用电动机的机械特性(过载能力等)。
⑦高温、高压类液体:过流部件选用耐高温、高压材质,可依次选球铁、铸钢、铬钢制作。 A、考虑过流部件高温高压下的机械强度等性能的要求和热膨胀的情况; B、选择耐高温、高压的轴封及冷却装置。
当泵的介质特性确定后,就可以根据工艺参数和介质特性来选择具体泵的系列、结构形式和制作材料。
6.必须满足现场环境的安装要求:
①对安装在由腐蚀性气体存在场合的泵,要求采取防大气腐蚀的措施。
②对安装在室外环境温度低于-20℃以下的泵,要求考虑泵的冷脆现象,采用耐低温材料,结构型式选用筒形双壳体离心泵。
③环境噪声:对泵有低噪声的要求,要考虑选用滑动轴承结构和水力的低噪声设计,并配用低噪声的电动机。
④相对湿度:在湿度高的环境使用,应考虑泵采取防锈措施;还得考虑配用电动机的防护和绝缘等级。
⑤电网条件:容量是否足够;电网的频率情况(国内50Hz、国外60Hz以及变频使用情况);电源的交、直流;电网电压三相(380V)、单相(220V),还是异电压(包括660V以上高电压)、电源电压变化的范围;电源与泵使用地点的距离(长距离电缆输送)的电压降。
⑥对于一年检修一次的泵,泵的连续运转周期一般不应小于8000小时,应符合GB5656-2008(ISO5199)或ANSIB73.1M标准。石油、石化、化工等行业要求三年检修一次的泵,应符合API610(第十版)标准规定,连续运转至少为3年。
⑦对安装在爆炸区域的泵,应根据爆炸区域等级,采用相应等级的防爆电机。
⑧对有特殊要求的使用场合,如真空输送、高温高压输送、低温输送等均应选择特殊泵类。
7.确定泵型号和制作厂时,应综合考虑泵的性能、效率质量、能耗、可靠性、安装维修及价格和制造规范等因素。选具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点的泵。当所有参数都符合选型标准有两种以上规格时,要以综合指标高的为最终选定的型号。具体可以比较以下参数:效率高者为优,重量轻者为优,价格低者为优。
8.除以下情况外,应尽可能选用离心泵
①、有计量要求时,选用计量泵。
②、扬程要求很高,流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时,可选用往复泵;如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。
③、扬程很低,流量很大时,可选用轴流泵和混流泵。
④、介质粘度较大(大于650~1000mm2/s)时,可考虑选用转子泵或往复泵(齿轮泵、螺杆泵)。
③、介质含气量大于5%,流量较小且粘度小于37.4mm2/s时,可选用旋涡泵。
⑥、对启动频繁或灌泵不便的场合,应选用具有自吸性能的泵,如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动(电动)隔膜泵。
一、使用水泵选型表选泵型根据确定的设计扬程和设计流量,在选型表中,横表头查找出与设计扬程相符合或相接近的扬程数值;再在纵表头找出与设计流量相一致或相接近的流量数值,纵横相交于小方块,它标出了水泵的型号,初步选出泵型。但有时会出现两种泵型都满足设计要求,此时,可把这两种泵型作方案比较,进行技术经济分析,然后选定其中一个合适的泵型。这种选择水泵的方法比较简便而又快捷。
二、使用水泵性能综合型谱图选泵型将离心泵、轴流泵、混流泵的工作区域全部综合画在同一张图上,这就构成了农用水泵系列综合型谱图,该图绘制比较复杂,但使用比较方便。根据确定的设计流量和设计扬程,在型谱图上,首先在纵坐标上以设计扬程查找出符合扬程要求,而流量不等的几种水泵,然后再在横坐标上以设计流量来确定选用哪一种水泵。如果设计流量较大时,单泵未能符合要求,可考虑多机作业,但应注意尽量采用相同型号的水泵,以利于施工安装、管理维修。
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三、使用水泵性能规格表选泵型磁力泵水泵厂在产品目录中都提供了这种表格,表中每一个型号的性能都有三行数据,究竟以哪一行为准呢?一般设计流量和设计扬程应与性能表列出的中间一行的数值相一致,或是相接近,而又必须落在上、下两行的范围内,因为这个范围是水泵运转的高效率区域,这个型号的水泵就认为是符合实际需要的,水泵选型算是定了。
(1)水泵的选型。根据设计流量和设计扬程,利用水泵型谱表或水泵性能表选择水泵(流量和扬程必须相符),然后根据配置的管路系统进行校核,如水泵不在高效区运行,则应重新选择。
(2)水泵的使用。在地理环境许可的条件下,安装时水泵应尽量靠近水源,以减少吸水管的长度。水泵安装处的地基应牢固,进水管路应密封可靠,必须有专门支撑,装有底阀的进水管,应尽量使底阀轴线与水平面垂直安装,其轴线与水平面的夹角不得小于45°。水源为渠道时,底阀应高于水底0.50米以上,且加网防止杂物进入泵内。机、泵底座应水平,与基础的联结应牢固。机、泵皮带传动时,皮带紧边在下,这样传动效率高,水泵叶轮转向应与箭头指示方向一致;采用联轴器传动时,机、泵必须同轴线。
(3)水泵的检查。泵轴转动应灵活,无撞击声;泵轴径无明显晃动,加够钙基润滑油。主要检查进水管是否破损,对开裂处要及时粘修;检查各紧固螺栓是否松动,拧紧松动螺栓。潜水泵的电机绕组、电绝缘应符合要求,才能使用。
(4)水泵的运行。水泵运行中要注意随时查看真空表和压力表,监视和记录水泵的工作情况,倾听有无异常响动,轴承处是否温度太高,填料函滴水是否过多或过少,还需检查水泵转速以及皮带松紧度是否正常。
(5)水泵的停机。潜水泵必须埋入水中工作,一旦露出水面应立刻断电停止运行,否则有烧毁的危险。高扬程水泵停机时,应禁止突然中断动力,否则容易产生水击而损坏水泵或管路;对装有闸阀的输水系统,停机时应缓慢地关闭闸阀,然后停机;对以柴油机为动力的抽水机组,也应逐渐减油后停机。冬季停机时应将泵内的水放净,以防锈蚀或冻裂;长期停机时,应将各部件拆开、擦干、检查和修理,然后装配,储存在干燥处。
引言
水泵是污水处理工程中必不可少的设备之一,其作用是将相对高程较低的污水提升至后续相对高程较高的处理单元,为污水处理的顺利进行提供足够的动力。水泵选型是否正确对整个系统的稳定性,投资和运行的经济性、运行效果的合理性都有着重大的影响。
1 影响水泵选型的因素
1.1 水泵安装现场的环境
通常在污水处理中所采用的水泵分为两种,一种安装于污水外,称为离心泵即干式泵,另一种直接安装在污水中,称为潜水泵。两种泵各有其优缺点,需根据不同的场合进行选择。
离心泵运行时,叶轮的叶片高速旋转产生离心力,将介质输送到高压端出口,并在吸入口形成负压吸入介质以此循环。由于其安装于污水外,运行时只有水泵的吸水管和叶轮淹没在污水中,能够保持设备的干燥,避免泵体受污染,方便后续的管理、养护及维修。但是由于其构造关系,如果水泵中没有水就无法进行介质的输送,且极易损伤叶轮和泵体导致设备损坏。
潜水泵的工作原理也是利用离心力,但由于泵体安装于水池内,运行时水泵及管件均淹没在水中,不存在进水管灌水及水泵吸程的问题,水池的有效容积会更大,其缺点是设备浸入污水中会受到腐蚀,养护管理及维修较为麻烦。
当污水处理厂占地面积不大,对水泵的安装环境无特殊要求,建议采用潜水泵;若水池深度超出水泵吸程,则必须采用潜水泵。当污水处理厂的占地足够大,且客户要求水泵安装于水池外,可以考虑采用离心泵。当水泵必须置于液体外,且启动液面低于水泵叶轮淹没水位时,必须选用带引水辅助设备的离心泵或自吸泵。
1.2 水泵输送的介质
污水处理中涉及到的污水种类繁多,有人们日常生活排放的生活污水,有工业生产中排放的生产废水,且不同行业排放的工业废水特性也各不相同,只有选择合适的水泵,污水处理工程的运行才能稳定和有效。
根据输送介质中所含杂质的多少可将水泵分为清水泵和污水泵两种。清水泵对输送介质的清洁度要求较高,一般要求介质中固体体积含量不超过0.1%,粒度不大于0.2mm,否则极易堵塞水泵,对泵体、叶轮造成损坏。污水泵的结构原理同清水泵一样,但进行了一些内部构造的更改,如加大水泵流道、增大叶轮间隙、取消叶轮护圈、增加锯齿片等,因此可以输送含杂质较多的介质。
针对各类污水选择水泵的原则如下:
1)对于清洁度较高,物理化学性质类似于清水的污水,如清洗废水、含油废水等,建议采用清水泵进行输送;
2)对于含有大量杂质(如较大固体颗粒、各种纤维)的污水,如生活污水、纺织业废水、造纸业废水等,必须选择污水泵来作业。
3)对于有腐蚀性的或高温的污水,必须有针对地选用特殊材质的耐腐蚀泵,如塑料、不锈钢等材质制造的水泵,否则泵体容易被腐蚀,使整个系统的运行受到影响。
1.3 水泵具体型号的选择
在选择水泵的具体型号前,首先需要根据具体的设计参数计算出所需水泵的流量和扬程,然后根据实际水泵的特性曲线进行比较和选择。
1.3.1 水泵流量的计算
与大型泵站相比,污水处理工程由于排水总量有限,且一般均设有较大的污水调节池,水泵的运行流量较为稳定。根据工程设计水量和设计水泵数量,即可计算出单台水泵的设计流量。
Q=Q总
n(m3/h)Q-单台水泵设计流量(m3/h);
Q总-工程平均小时流量(m3/h);
n-水泵台数(台)。
对于小流量的工程一般采用2台水泵,1用1备;对于大流量的工程可采用3台水泵,2用1备,运行时2台水泵同时运行,若使用中的水泵出现故障则更换备用水泵,故障水泵可拆下进行维修,这样备用水泵的投资比1用1备要更经济。采用多台水泵时应尽量选用同型号水泵,方便维护管理。
1.3.2 水泵扬程的计算
水泵总扬程由水泵吸水高度、扬水高度及管路水头损失三方面决定,一旦水泵流量、管径及管道布置确定,水泵设计扬程就可确定。
H≥h1+h2+h3+h4(m)H-水泵总扬程(m);
h1-吸水管水头损失(m),一般包括吸水喇叭口、90°弯头、直线段、阀门,渐缩管等;
h2-出水管水头损失(m),一般包括渐扩管、止回阀、阀门、短管、90度弯头(或三通)、直线段等;
h3-集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差(m);
h4-安全水头(m),估算扬程时可按0.5m~1.0m计;详细计算时应慎用,以免工况点偏移。
下面分别为不同安装高度水泵扬程的计算示意图
图1水泵扬程计算示意图
对于污水处理工程而言,水泵的主要作用是提升高程而不是长距离送水,输水管路一般不长,沿程阻力损失可忽略不计,水头损失只需计算局部阻力损失即可。
1.3.3 比较选择
通常水泵的制造商会针对其生产的每一款水泵提供如图2所示的H-Q曲线和-Q曲线。其中H-Q曲线为水泵的高程-流量特性曲线,-Q曲线为水泵的效率-流量曲线。针对每个不同的工程,计算得出实际所需要的水泵的高程为Hc,流量为Qc,在上图中显示为一个具体的坐标点(Qc,Hc)。
选取水泵的原则如下:
1)选取的水泵的H-Q曲线必须同时满足流量和扬程的要求。理想状态是(Qc,Hc)能落在曲线上,但实际工程中这种情况很少,此时必须在保证流量的前提下,让水泵工况点扬程略高于设计扬程,从H-Q曲线图上看也即所选择的水泵的H-Q曲线需要略高于工程需求点(Qc,Hc)。
2)一般水泵的工况点不会是水泵的最高效率点,但要求工况点应靠近水泵的最高效率点,以保证水泵的运行效率。从η-Q曲线图上显示为Qc位于η-Q曲线的波峰位置附近。同时,由于水泵在运行过程中,水池中的水位是变化的,水泵或者水泵组在这个范围内变化时都应处于高效区。
2 结论
本文从污水处理中水泵的选型出发,介绍了各类常用水泵的特点和使用要求,以及选择水泵型号需要考虑的关键点,供工程技术人员参考