卧式离心泵配自吸罐的引水装置的设计要点

2017第7期总第248期现代制造技术与装备引言液下泵采用立式结构，一般安装在介质池的顶盖上，液下泵使用时必须将泵体和叶轮浸在液面以下，才能起动，且维修时需要将整机泵吊出介质池，现场操作具有一定的难度；另外，现场一般坑深都在3m以上，为满足现场使用，液下泵轴大都较长，如果现场的实际运行点偏离泵的设计点范围较大时，泵轴在承受较大的径向力的情况下，会产生较大的振动，影响泵的可靠性与稳定性，通常表现为断轴或滑动轴承损坏频繁等现象。采用卧式离心泵配带自吸罐，则可避免上述问题。1自吸罐主要构成及工作原理自吸罐主要有罐体、进水管、出水管、放空管、灌水管、排气管等构成，整个罐体在工作过程中呈负压，按照压力容器进行设计制造。如图1所示。其中，自吸罐的出水管与卧式泵进口连接，自吸罐的进水管接吸入管和吸入池相连接。离心泵起动前，打开灌水管阀门，向自吸罐内灌水，同时打开排气管阀门。水位上升至进水管顶部时，关闭灌水管和排气管阀门，准备启泵。泵起动后会将自吸罐内部分液体排出，自吸罐液位下降，由于罐体为密封容器，下降后罐体内空气容积变大，根据波义耳定律可知，一定质量的气体，在温度不变和空间密闭情况下，气体随着容积的不断变大压力不断降低，会造成自吸罐内顶部真空，形成一定的真空度，大气压便不断把介质池内的介质压进自吸罐内形成循环，始终保持罐内液位高于泵吸入口液位，此时自吸罐的出水管不断在排水，进水管不断在进水，最终达到平衡，并形成一个稳定的液面，满足泵连续运行。关闭泵后，用冲洗水管对泵及自吸罐进行反冲洗，防止泵及罐内浆液沉积，而罐内液位始终高于泵进口，则再次起动时不需再灌泵，即可起动。2自吸罐尺寸的确定（1）水泵正常运行时自吸罐内空气的绝对压力的确定。已知水泵流量Q=250m3/h，扬程H=20m，水泵必须汽蚀余量NPSHr=2.5m，泵轴中心高度3m，自吸高度要求为5m。当地大气压为10.3m水柱，工作温度：40℃，水的饱和蒸汽压力为0.737m。自吸罐的设计首先涉及到容积及相关尺寸的确定，其容积由三部分组成，如图2所示。V=V1+V2+V3式中，V为自吸罐容积，m3；V1为自吸罐初次灌满水时罐内空气的容积，m3；V2为自吸罐内空气压强由Pa(为本地大气压)降到P1，两水面间的容积，m3；V3为保护容积，m3。如图2所示，水泵启动前先充水至2-2断面，此时灌内空气压强为当地大气压Pa，然后启动水泵至正常运行状态时，水位降到3-3断面，罐内空气压强降至P1。根据伯努利方程[1]：Paρg+va22g+ha+Pbρg+vb22g+hb+hs列出3-3断面到水泵入口处的能量方程，推导出水泵正常运行时自吸罐内空气的绝对压力P1：P1ρg+v122g+ha+P2ρg+v222g+hb+hs2式中，ν1为自吸罐内水的流速，m/s；ν2为水泵入口处水的流速，m/s；P2为水泵入口处的绝对压力，Pa；Ha为水泵正常运行时自吸罐内液位到底座高度，m；hb为泵轴到底座的高度，m；hs2为水从自吸罐到泵入口处的水头损失，m。卧式离心泵配自吸罐的引水装置的设计要点宋令芹（烟台恒邦泵业有限公司，烟台264100）摘要：文章介绍了卧式离心泵配带自吸罐代替液下泵使用的原因，针对自吸罐引水装置在运行中存在的问题，从设计选用及装置要点两方面进行阐述，并着重从离心泵的汽蚀余量，波义耳定律等角度进行计算，确定自吸罐的尺寸。关键词：自吸罐伯努利方程波义耳定律汽蚀余量图1自吸罐示意图图2水泵启动前后液位变化及罐内压力变化情况8考虑水泵NPSHr的安全余量为0.5m，则p2/pg=2.5+0.5+0.737=3.737m；水泵入口法兰直径为DN200mm，设计时将自吸罐的进水管和出水管的法兰直径dp取为与水泵入口法兰直径相同，因此自吸罐进水管、出水管流速与水泵入口处的流速ν2一致，ν2=250/3600÷（3.14×0.12）=2.2m/s。根据水泵的安装尺寸图暂定自吸罐的直径为φ1200mm，自吸罐内水的流速ν1=250/3600÷（3.14×0.62）=0.06m/s。h1（自吸罐进水管到自吸罐罐顶的距离，m）和h3（水泵正常工作时自吸罐内液面到罐底的距离，m）根据自吸罐构造确定，建议h1=0.1～0.15mm，此次设计取为h1=0.15mm，h3=3dp[2]（dp为自吸罐出水管直径，一般与离心泵吸入口直径相同，在一些手册和文献当中，是高出泵进口管0.2m，是0.2m合理还是3倍管直径合理，有待项目实际运行论证）。则ha≈0.6+3=3.6m。hs2=沿程水头损失+局部水头损失≈2.22×1/(2×9.8)=0.25m。则p1/pg=3.737+2.22/(2×9.8)+3+0.25-0.062/(2×9.8)-3.6=3.64m。（2）自吸罐内空气压强由Pa降到P1，两水面间的距离h2的确定