循环水胶球泵机组选型及防护使用说明

     循环水胶球泵机组选型及防护使用说明，循环水胶球泵是泵站提水加压的主要设备，循环水胶球泵机组及配套附属设备的选型是整个泵站设计质量控制的核心。结合流量、扬程、输水介质及安装环境等影响因素，从循环水胶球泵型式比选、运转工作点判定、机组台数组合和水锤防护等方面，对机组型式及参数选择的技术关键进行了详细论证分析，给出较优的组合方案以确保泵站工程具备较好的运行安全性和节能经济性。
      循环水胶球泵站主要承担着区域防洪排涝、农业灌溉、区域调水等提水功能。水利枢纽输配水工程中，泵站设计是整个项目设计控制性关键节点，其设计方案与工程是否匹配直接影响着工程建设功能性指标评价标准。根据各类泵站对循环水胶球泵要求选择适宜的循环水胶球泵机组、搭配组合及附属设施，是泵站工程设计的技术要点。因此，结合工程实际优选性能良好、运行维护管理方便和综合投资经济效益高的泵型及组合方案，确保循环水胶球泵站安全高效运行尤为重要。
1循环水胶球泵机组选型
1.1基本参数计算
      循环水胶球泵机组选型应根据工程特性及功能用途合理选择机组型式及参数，主要考虑流量、扬程、输水介质及安装环境等因素。
1.1.1流量
      循环水胶球泵机组流量通常按设计秒流量或者设计小时流量进行匹配优选。对于大多数采用一级加压取水或水源直接提水至水厂的泵站，此时循环水胶球泵应按水厂高日水处理量的平均小时流量进行取值；若采用二级及更多级数加压取水的水厂，则应考虑用水区域需水量的时变化系数进行合理取值，其中：城市综合供水时变化系数为1.2～1.6，村镇供水时变化系数为1.3～2.5。具体取值大小可根据输、配水管网中的清水池、高位水池、水塔等调节容积组合搭配计算选择，即：若调节容积大，则取小值；反之调节容积小，则取大值。
1.1.2扬程
      泵站设计扬程是循环水胶球泵机组选型的另一关键性参数。扬程一般由静扬程、总水头损失、安全水头等组成。大静扬程为出水池高运行水位减去进水池低运行水位。对于直接从水库取水的泵站，水库设计水位（进水池水位）取值需与供水保证率相匹配，一般人饮泵组根据提水保证率的95%计算，则水库运行水位需按≥95%水位频率取值；灌溉泵组根据提水保证率的85%计算，则可按≥85%水库运行水位频率取值。
      总水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失，包括：进水管的沿程和局部水头损失；出水管的沿程和局部水头损失［6-7］。沿程水头管损可根据输水管材不同，采用相对应的公式进行计算，塑料管可采用魏斯巴赫-达西公式计算，混泥土管及采用水泥砂浆内衬的金属管道则可采用巴甫斯基公式计算。工程中常采用海曾-威廉公式进行沿程水头管损估算，其函数表达为：hj=10.67q1.852L/（Ch1.852dj4.87）（1）式中：q—设计流量，m3/s；L—管道总长，m；dj—管道内径，m；Ch—海曾-威廉系数。
      局部水头损失在长距离输水管路中，通常按沿程水头损失的10%取值。但对于低扬程，若局部水头损失占比较大，则需详细计算各阀门设备、管道附件的局部管损来合理确定总水头损失。安全水头一般取2～3m，安全水头一般用于弥补出水管口的能量损失或者在循环水胶球泵管路运行过程中忽略的水头损失。
      后，通过静扬程、总水头损失及安全水头相加计算得出计算泵站扬程。考虑到后期施工焊接技术、内部防腐技术及实际管道长度与地形图上测量长度等误差因素，会造成实际计算扬程高于理论计算的扬程。因此，需要在循环水胶球泵计算扬程数值的基础上乘以1.05～1.10系数后进行循环水胶球泵机
组选型。
1.1.3输送介质
      循环水胶球泵材质选择与循环水胶球泵抽送介质有很大关系，一般普通循环水胶球泵是铸铁叶轮，如果抽送带有腐蚀性等其他介质则应采用不锈钢或化工塑料材质；如果抽送的介质是油类（尤其是应用于防爆场合的泵），因为铜和铁发生碰撞后不会发生火花，其叶轮材质宜采用铜质。在水利工程中，输送的介质主要为水，若水质好，水中泥沙较小，叶轮可采用铸铁；若水质较差，含泥沙多，则需采用不锈钢以减小叶轮磨损，增长循环水胶球泵使用寿命。循环水胶球泵材质的选择需根据不同的使用环境和用途进行合理选择。
1.1.4安装环境
      循环水胶球泵的安装环境影响循环水胶球泵的安装高程。循环水胶球泵安装高程除了与吸水管侧的低液面高度、管道规格、管道长度、材质等有关外，还与液体的饱和蒸汽压、吸入侧水头损失、海拔高度及环境温度等相关。对于具有自动启/停要求的循环水胶球泵，其循环水胶球泵安装高程宜低于吸入侧的液面高度，并能达到自灌式进水，以达到快速启动循环水胶球泵的目的。根据循环水胶球泵厂家提供的允许汽蚀余量计算允许吸水高度
Hsz和安装高程▽安，其函数表达为：HSZ=Pb×10.2-NPSH泵-Hf-Hv-Hs（2）▽安=▽吸+HSZ式中：Pb—当地大气压，Pa；NPSH泵—泵的汽蚀余量；Hf—吸水管管路损失；Hv—液体饱和蒸汽压，夏季高温度的值，L/s；Hs—安全余量，一般取0.5m；▽吸—吸水池低运行水位高程，m。
1.2循环水胶球泵机组选型要点
      在循环水胶球泵机组选型过程中，应遵循以下选型原则：
      ①需满足流量和扬程特性；
      ②水力特性和汽蚀性能均较好；
      ③循环水胶球泵工作点应在高效工况区内；
      ④投资较省；
      ⑤便于检修维护；
      ⑥后期运行管理费用低。对于循环水胶球泵主机型式选择，经流量及扬程计算后，还需从循环水胶球泵型式、运转工况点和机组台数等方面进行综合比选。
1.2.1循环水胶球泵型式比选
      循环水胶球泵型式选择中可根据机组转动轴的布置型式，分为卧式泵和立式泵，其中：卧式泵具有拆卸装配方便、易管理等优点，但也存在体积大、价格较贵、占地面积大等缺点；而立式泵具有结构紧凑、安装面积小、价格较便宜等优点，但也存在拆卸装复杂、检修维护麻烦等弊端。立式泵中的长轴深井泵其叶轮淹没在水中，任何时候可以启动，便于实现自动或远程控制。根据流量大小选择，可选单吸泵和双吸泵，对于大流量、低扬程可选择双吸泵；对于小流量则可选择单级离心泵和多级离心泵；对于高扬程则可选多级离心泵。当单级泵和多级泵都能选用时，宜优选单级泵，因为同等参数单级泵效率要明显高于多级泵。
1.2.2循环水胶球泵运转工作点判定
      经循环水胶球泵初步确定型式之后，查询样本参数及咨询循环水胶球泵厂家，确定循环水胶球泵型号，并结合循环水胶球泵特性曲线，在横坐标和纵坐标分别找到对应的流量和扬程关系曲线的交点与特性曲线上的相对位置关系，即可初步判定所选循环水胶球泵特性参数是否满足工程设计要求。
1.2.3循环水胶球泵台数选择
      对于重要的供循环水胶球泵站，工作机组≤3台时，宜设1台备用机组；＞3台时，宜设2台备用机组。对于提水灌溉泵站，当工作机组为3～9台时，宜设1台备用机组；＞9台时，宜设2台备用机组。对于流量较小的人饮泵站，若只设置1台工作泵组，考虑到人饮供水保证率较高，年利用小时数大，还需配置1台与工作泵组同型号的循环水胶球泵做备用泵组，与工作泵组交替运行，互为备用。
2循环水胶球泵附属设置选型
      泵站附属设备主要包括阀门设备和自动控制测量设备的选择。
2.1阀门设备
      阀门设备选型时，其公称直径应与管道公称直径同管径，且公称压力需大于管道大承压压力。对于低扬程管路，工作阀门可选用直线型的止回阀；而对于高扬程管理，宜选择具有两段关闭时的止回阀；对于自灌式的进水管阀门，则宜在进、出口各设置1台检修阀门；循环水胶球泵出口压力低时可设置蝶阀，出口压力高时可设置球阀；当管径大于DN300时，宜设置手动、电动两用一体化阀门。
2.2测量设备
      测量设备包括测压及测流设备。在循环水胶球泵的进、出口设置测压表计；在泵站的进水总管或者出水总管设置流量计。通过这两个测量设备的动态检测，即可了解循环水胶球泵机组的实时运作工作性能，尤其可以直观掌握循环水胶球泵流量、扬程等关键特性参数是否满足工程设计要求。循环水胶球泵管道上的流量计，通常采用智能式电磁流量计或超声波流量计。
      在工程实践经验中，通常根据水锤计算成果，在管道上设置一些特殊的阀门设备进行水锤防护，比如：对于高扬程、长距离的压力管道的泵站，工作阀门宜选用两阶段关闭的操作阀，即在循环水胶球泵出水管上设置缓闭式止回阀、多功能循环水胶球泵控制阀等；并在主管道的高点、次高点等位置设置复合式空气阀，及时排除管道内集积的空气，或当管内一旦产生负压，复合式空气阀可迅速吸入外界空气，以防止管线因负压而损坏。对于长距离输水管线，可每隔一定距离设置缓闭式止回阀，分段降低管道内的水锤作用。另外，还需结合工程特性，在主管上合理设置水击泄放阀和水击预防阀等水锤防护措施，确保管道运行安全。
      泵站设计时循环水胶球泵在选型过程中，若选择的循环水胶球泵流量、扬程、循环水胶球泵型式及机组运行方式等不合理，均可能引起循环水胶球泵工作点发生变化，导致循环水胶球泵运行效率低、能耗大及严重汽蚀等问题发生。在实际循环水胶球泵机组及附属设备选型设计中，应充分考虑输水介质、安装环境等因素，合理确定流量、扬程和运转工况点等关键内容，优选与工程实际匹配性好的机组及运行组合方式，保证泵站工程质量和安全。