给排水泵站中真空泵的选型设计与应用

1、给排水泵站中真空泵的选型设计与应用11年10月人民长江给排水泵站中真空泵的选型设计与应用邱 象玉，王明光，丁峰（北京市水利规划设计研究院，北京100048） 种水泵启动过程吸水方式的优缺点及应用范围；通过论述水泵安装高 程与真空泵抽真空高度的关系，分析了水环式真空泵的抽真空原理及 选型计算，并结合设计实例详细论证了真空泵在给排水泵站系统应用 中的优点及不足，为给排水泵站系统真空泵的选型设计提供了。中图法分类号：s277.92标志码：a水环式真空泵是一种抽真 空泵，最初是用作自吸水泵，而后逐渐在给水排水工业等许多行业得 到广泛应用123水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气压缩和排 气，因此属于变容

2、式真空泵。其工作原理如所示。在给排水系统水泵启动时，为避免引起严重的水泵汽蚀，需要 将水泵液腔内充满水。设计时一般要求水要淹没至水泵的顶端，使水 泵芫全充水，这样才能启动水泵。而在实际工程中，水泵在最低运行 水位启动时往往达不到自灌式冲水启动的要求，因此需要采用各种有 效措施以满足该要求。由于真空泵可抽除含水的气体，如真空引水、 真空脱气等，而且抽真空可以充分实现水泵启动时的自灌充水，以有 效降低水泵发乞汽蚀的可能性，因此以水环式为代表的真空泵在给排 水泵站系统中的应用曰益增多，并得到了广泛推广。真空泵在选型、设计等方面不同于普通的水泵，其在给排水工 程中最初是被用作自吸水泵。本文通过分析给排

3、水工程中最常用的水 环式真空泵的原理及特点，结合设计实例，详细论证了真空泵在给排 水泵站系统中的优缺点，为给排水系统真空泵的选型设计和应用提供 to1真空泵的原理及特点图i水环泵的工作原理示意从可以看出， 叶轮与泵体呈偏心配置，启动吋向泵体内注入适量的工作液。当叶轮 按图示箭头方向旋转时，沿泵体内壁形成旋转的液环，液环内表面与 叶按照工作原理，可将真空泵分为气体输送泵和气体捕集泵两种类 型。气体输送泵主要包括水环式真空泵、往复式真空泵、旋片式真空 泵等。气体捕集泵主要包括吸附泵和低温泵等。给排水系统中应用最 多的是水环式真空泵，本文以水环式真空泵（以下简称水环泵）为研 究重点，进行详细分析。真

4、空引流式（引用真空泵）水泵启动前先抽真空，形成负压使 水倒灌，水芫全冲满泵腔后再正常启动项目高位水箱（或配备自吸泵） 水泵采用半地下室淹没式安装。最低启动水位需淹没水泵顶端，使水 泵芫全冲水，即自灌冲水轮轮毂表面形成月牙形的工作腔，并被叶轮 叶片分割成大小不等的十几个空腔。随着转子的旋转，该气腔在泵的 吸气区的体积逐渐增大，其内部压力下降，从而将气体吸入泵内；相 反，气腔在排气区的体积逐渐减小，其内部压力上升，将气体排出泵 外，从而芫成吸气、压缩、排气3个工作阶段。工作时，有部分工作 液会随着气体排出，因此需连续不断地向泵内注入定量的新鲜工作 液体，以保证泵的正常运行。1.2水环泵的特性分析各

5、种形式的水泵都要求叶轮在一定的淹 没深度下才能正常启动。普通离心泵在输送液体时，如果液位低于水 泵顶端，便需要灌水或将水泵安装在起泵水位液面下，使泵腔内充满 水才能起泵（即降低安装高程），这样泵才能正常出水。在给排水泵 站系统中，由于工程输水量较大、距离较长、水泵台数较多，因此对 于自动化程度要求也越来越高，而采用上述泵启动前的灌水方式显然 比较落后，也不合理。目前工程实践中，大都采用降低水泵安装高程 （即自灌冲水）的方式。这种安装方式无形中降低了水泵的安装高程, 虽然可以有效防止水泵发生汽蚀，但是却增加了地下开挖建设的成 本，存在泵房被淹没的危险，而且启停水位也受到限制，因此出现了 以水环泵

6、为主的真空引流式的水泵吸水方式。表1列举了给排水工程 中常见的3种水泵吸水方式的原理、系统组成及优缺点。表1给排水泵站系统各种吸水方式分析自灌充水（水泵多数为 半地下式安装）原理简介启动前不需灌水（第1次启动仍然需灌水）, 通过动力（或高位水箱）将低位液体提升压力至充满整个泵腔，实现 泵负压自吸上水的冃的系统组成水泵系统、真空箱、循环供水水泵系 统水泵系统、真空泵系统、气水分箱、管道阀件及电气自动控离器及 管路等组成制配电箱组成优点自吸能力好，启动时间短，提减少了一 次性设备投资，水泵抽真空保证率高，系统运行稳升了水泵安装高程, 减少了芫全淹没式启动，较安全定性好，提升了水泵的安装高地下开 挖

7、成本程，减少了地下开挖成本缺点增加了设备投资，占地面积增加 了地下开挖成本，存在泵增加了设备投资，管路连接较大。控制复杂。 水泵选型受流房被淹没的危险。启停水位受多。控制复杂。抽气系统 密封量扬程限制限制，自吸能力差，不经济性耍求较高实用性适合于 小型泵站，使用范围适合于水位较高的河、渠等泵适用于各种大本小 型泵站受到很大限制站从表1可以看出，高位水箱、自吸充水、真空 引流式等常见的3种水泵吸水方式各有优缺点，因此，在进行方案比 选、设计吋，设计人员可以结合工程实际选择适当的水泵吸水方式。 另外，由表1也可以看出真空引流式在给排水系统中具有使用范围 广、真空保证率高、稳定性好、降低工程开挖成本

8、等诸多优越条件， 因此在给排水系统中推荐优先选用真空引流式水泵吸水方式。2水环泵水力性能分析2.1抽真空引水与水泵安装高程的关系 水泵性能的平衡标准是以进水条件符合水泵吸水性能为前提的，吸水 性能是确定水泵安装高程和进水池水位的依据。根据泵站设计规范第 9.1.10.1条规定“在进水池最低运行水位时，必须满足不同工况下水泵 的允许吸上真空高度或必须汽蚀余量的要求"，为水泵允许汽蚀余量, m,由水泵工作点确定，一般由厂家提供；h吸损为吸水管路的水头 损失，与吸水管路长度有关。公。选水泵抽真空充水实际安装高程为780.50m,此为抽真空 吸水方式水泵实际安装高程。采用公式（6）进行水环式

9、真空泵选型计算。取系数k为1 表 2真空泵选型计算相关参数泵站地面河底河面最低河面最高引水水泵 叶轮进水管引水管总出水管出水管当地当地高程/m高程/m运行水位 /m水位/m时间/min半径/m管径/m长度/m管径/m长度/mp大汽 /m/m784.2778.0778.6 （夏季水位）780.0 （春秋水位）3.00.25dn500 钢管15.6dn400钢管2. 9） =5.45m3/min.选用水环式2bex103系列 真空泵2台（1用1音），额定气量为3.2自灌充水（半地下室安装） 若采用自灌充水方式来启动水泵，并且满足在最低运行水位778.6m 时的吸水要求，则水泵需满足公式（4）、（5）的条件要求。公式（4） 需满足4安矣780.56m （4安）。则满足最低运行水位吋的淹没叶轮启 动，水泵的最大安装高程不得超过公式（5）的条件要求：安矣778. 两个条件，可以得出水泵的实际安装高程：安二由以上两种比较结果 可知，若采用真空引水式吸水方式，水泵的实际安装高程安提高了 780. =2.15m,从而使泵房的开挖深度也相应减小，大大减少了泵房的 开挖成本。4结语结合某灌区给