小流量高揚程低比轉速給水泵水力設計

延方泉　張浩　陶占春

摘 要：高效離心泵的比轉速范圍大概在120—200之間，當離心泵比轉速低于60時，我們通常稱其為低比轉速離心泵，低比轉速離心泵一般具有小流量高揚程的特點，并且低比轉速離心泵還有效率低，小流量點不穩定的不足。但是當采用了相應設計方法以后，低比轉速離心泵的這些不足會得到一定的改進，本文以實際產品為例，來介紹一下低比轉速給水泵的設計。

關鍵詞：離心泵；低比轉速；給水泵；設計方法

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

1 前言

某新建電廠需要一種小流量、高揚程、低比轉的離心給水泵，來滿足電廠工藝流程的要求，根據使用參數要求，設計了該小流量、高揚程的低比轉速給水泵。具體參數如下：

溫度：180℃；流量：464m3/h；揚程：3440m；轉速：5800rpm。

由于該類型泵流量小、流道窄，木型和鑄造都有一定困難，通常采用節段式的布置結構，但是從泵運行的穩定性和高效性出發，該泵內殼體采用了水平中開式的渦殼結構。泵共有6級葉輪，其中首級葉輪為雙吸式，其余5個次級葉輪采用背靠背相向布置。

2 水力設計

水力設計是根據給定的性能參數計算和確定泵葉輪和渦殼等泵的過流部件參數，從而為泵的零件設計和結構設計提供量化的尺寸參數。通過對該類型泵的參數統計，該類型泵的在一定流量范圍內的首級葉輪和次級葉輪揚程比如下表：

由于該泵的流量較小，統計范圍內暫未有該泵首、次級葉輪揚程比的推薦范圍，根據統計的數據趨勢，設計過程中選取了0.7做為揚程比的分配方案，即首、次級葉輪揚程比為。

2.1 計算首、次級揚程

額定點首、次級揚程和分別為：

泵的運行轉速（n=5800rpm），根據計算泵的首、次級比轉速和分別為：

2.2 采用加大流量的設計方法對設計參數進行優化

2.2.1 加大流量設計方法的理論依據

由于低比轉速泵的理論效率較低，為了提高泵運行的經濟性和可運行性，該泵水力部件的設計過程采用了加大流量的設計方法。加大流量的設計方法顧名思義是通過增加泵的設計流量來提高泵的設計比轉速，從而提高泵的理論設計效率，達到節能高效的設計目的。加大流量的設計方法的本質是增大、b2、b3。

加大流量的設計方法是低比轉速泵設計優化提高效率的一種手段，加大流量設計方法的修正系數是通過大量的性能試驗得到，在實際的工程應用中具有較高實用價值。加大流量設計方法的修正系數為，流量系數范圍k1=1.1-1.7，比轉速系數范圍k2=1.06-1.43。

2.2.2 增大系數的確定

根據該泵的使用工況，按照其使用環境將泵的設計流量增大1.15倍，在保持揚程不變的情況下就增大泵的比轉速，從而達到提高泵理論效率的目的。最終泵設計參數如下：

溫度：180℃；流量：533.6m3/h；揚程：3440m；轉速：5800rpm。

參數增大后，根據計算首、次級比轉速、分別為：

增大流量后，比轉速的增大系數分別為：

比轉速的增大系數在修正系數的范圍之內，滿足增大流量設計方法的要求。

3 試驗結果

按照以上增大后的比轉速進行泵模型的選擇與換算，通過試驗其效率明顯優于常規設計方法設計的泵效率，性能對比如下：

設計點：流量533.6m3/h；試驗效率80.0%。

目標點：流量464m3/h；試驗效率77.8%；統計效率73.5%。

注：統計目標點效率根據GB/T 13007-2011求得。

4 結論

根據該泵的試驗結果可知，通過加大流量設計法的優化設計，泵的效率有了較大提高，揚程和轉速等性能參數基本不變，給水泵的性能滿足設計的輸入要求。通過該泵的實際應用，對小流量、高揚程、低比轉速離心泵的設計和改造提供了借鑒意義，特別是對現有運行的低比轉速的低效率泵的降耗增效改造方便，提供了一個可行方向。

參考文獻：

[1]金樹德，陳次昌.現代水泵設計方法[M].高等教育出版社.

[2]關醒凡.現代泵技術手冊[M].宇航出版社.

[3]沈陽水泵研究所.葉片泵設計手冊[M].機械工業出版社.

作者簡介：延方泉（1986-），男，河南鹿邑人，本科，工程師，研究方向：火電站和核電站泵類產品的開發設計。