CN104989653A - 基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于叶轮名义平均流速的低扬水泵选型方法，用于低扬程泵装置的水泵选型，并可使较低比转速的高性能轴流泵及贯流泵能更好、更多地适用于低扬程泵装置，全面地提高其水力性能，属于水利工程泵站技术领域。其特征是：引入叶轮名义平均流速的概念；突破传统低扬程泵装置水泵选型方法中扬程与比转速的对应关系，以调控叶轮名义平均流速为基点进行低扬程泵装置的水泵选型；通过适当加大水泵叶轮直径及降低水泵转速，降低水泵高效区的扬程和临界空化余量、减少流道水头损失，全面提高低扬程泵装置的水力性能。本发明提供的低扬程水泵选型方法能显著提高大型低扬程泵装置的水力性能，对保证低扬程泵站的稳定和高效运行具有十分重要的影响。

Description

基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，用于大中型低扬程泵站的水泵选型，并可使较低比转速的高性能水泵能更好、更多地适用于低扬程泵装置，实现最大限度地提高低扬程泵站水力性能的目标。

背景技术

大中型低扬程泵站广泛应用于水资源配置、农业排灌、水环境治理和城市排涝等许多对我国社会、经济发展具有重大影响的领域。轴流泵及导叶式混流泵是低扬程泵装置的核心，其选型对低扬程泵站的高效和稳定运行具有决定性影响。传统的低扬程泵装置水泵选型一般按水泵的nD值(n为水泵每分钟的转数，D为以m计的水泵叶轮直径)为435的准则进行。在过去较长的时期内，泵装置设计扬程与所选水泵的比转速之间因此形成了一个大致对应的关系(表1)，水泵选型方法较多地受此对应关系的影响。从已开发应用的低扬程泵的水力性能看，较低比转速水泵的水力性能更为优异，低于3m扬程的泵站按现有方法难以选到令人满意的水泵模型。

表1 传统低扬程泵装置水泵选型方法中设计扬程与比转速之间的对应关系

发明内容

本发明的目的就是针对上述方法的缺陷，提供一种基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，用于使较低比转速的高性能轴流泵及导叶式混流泵能更好、更多地适用于低扬程泵装置，以尽可能提高低扬程泵装置的水力性能。本发明的特征是：突破传统低扬程泵装置水泵选型方法中扬程与比转速的对应关系，以调控叶轮名义平均流速为基点进行低扬程泵装置的水泵选型；通过适当加大水泵叶轮直径及降低水泵转速，降低水泵高效区的扬程和临界空化余量、减少流道水头损失，全面提高低扬程泵装置的水力性能。本发明提供的水泵选型方法能显著提高低扬程泵装置的水力性能，对保证低扬程泵装置的稳定和高效运行具有十分重要的影响。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

1.引入叶轮名义平均流速，其表达式为：

式中，为叶轮名义平均流速，m/s；Q_设计为拟应用本发明的泵装置的设计流量，m³/s；D为水泵叶轮直径，m；

2.突破传统低扬程泵装置水泵选型方法中扬程与比转速的对应关系，以调控叶轮名义平均流速为基点进行低扬程泵装置的水泵选型；

3.在设计流量一定的条件下，采用较大的水泵叶轮直径及较低的水泵转速，降低水泵的高效区扬程和临界空化余量，减少流道水头损失、提高流道效率，不仅可使比转速较低的高性能水泵能更好、更多地应用于低扬程泵装置，同时还可提高低扬程泵装置的能量性能和空化性能；

4.根据已发布的低扬程水泵模型nD＝435时的模型水力性能资料，选择其中高效区扬程高于拟应用本发明的泵装置的设计扬程的水泵模型，列出它们各叶片角度的最优工况点扬程、流量、效率、临界空化余量等主要性能参数，为水泵选型计算提供基本数据；

5.根据研究结果，按水泵模型的性能参数进行水泵选型，应用于泵装置后水泵设计工况点的实际叶片角度将向大流量方向偏移2°左右；本发明将选型方法中的叶片角度定为－4°，以满足低扬程泵装置水泵设计工况点所在叶片角度为－2°的要求；

6.对传统水泵选型方法(nD＝435)实际采用的叶轮名义平均流速进行统计，在此基础上，根据提出的低扬程泵装置水泵选型取较小值的原则，给出适当的叶轮名义平均流速泵装置设计扬程愈低、年运行时数愈长，的取值愈小；

7.以叶轮名义平均流速为基点计算原型水泵叶轮直径D；

8.根据计算得到的叶轮直径D和所述水泵模型叶片角度为－4°的最优工况点扬程，根据叶片泵相似律计算所需的原型水泵转速n；

9.根据计算得到的原型水泵叶轮直径D和水泵转速n，按水泵流量相似律将各水泵模型nD＝435时各叶片角度最优工况点的流量换算至原型；

10.计算设计流量Q_设计与第9步换算后叶片角度为－4°的流量的差ΔQ，若ΔQ的相对误差小于给定值，则针对所述水泵模型的选型计算满足要求；否则根据ΔQ调整叶轮名义平均流速并返回第7步，重复进行第7～第10步的计算；第7步～第10步的计算是一个迭代计算的过程；

11.将所述水泵模型nD＝435时的主要性能参数换算至迭代计算得到的叶轮直径D和转速n时的原型参数；

12.对于采用直接传动的泵装置(如：立式泵装置)，因其水泵转速须与驱动电机一致，故在第11步工作完成后还需进行水泵转速的靠档调整工作；若计算得到的水泵转速在相邻两档转速之间，对于年运行时数较多的泵站，一般向较低一档转速靠档，对于年运行时数较少的泵站，向较高一档转速靠档；

电动机的同步转速N为驱动电机的极对数；

13.根据第12步的水泵转速靠档调整结果，对水泵叶轮直径进行相应的调整计算；

14.将所述水泵模型的主要性能参数换算至调整后的水泵转速n和叶轮直径D的原型参数；

15.若水泵转速n和叶轮直径D调整后，设计工况点在两个整数叶片角度之间，通过线性插值法计算其叶片角度；

16.对所选择的水泵模型逐一进行第7～第15步的计算；

17.与水泵模型的马鞍形区鞍底扬程进行比较，校核其是否满足泵装置最高扬程的要求；

18.列表汇总各水泵选型方案，为泵站可研阶段进行水泵选型方案的综合比较提供必要条件。

本发明的目的是这样实现的：

1.根据统计结果，传统水泵选型方法(nD＝435)实际采用的叶轮名义平均流速 本发明取

2.选择在nD＝435时高效区扬程高于拟应用本发明的泵装置设计扬程的常用低扬程水泵模型，列出它们在nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(H_鞍底扬程)_i和各叶片角度最优工况点的扬程、流量、效率、临界空化余量等主要性能参数；i为所选水泵模型的编号；

3.给出叶轮名义平均流速的初值以叶轮名义平均流速为基点对所选水泵模型进行原型水泵叶轮直径及转速的迭代计算；

4.按下式计算水泵叶轮直径：

式中，k的初始值为1；D_i ^(k)和分别为对第i个水泵模型进行的第k次迭代计算的原型水泵叶轮直径(m)和叶轮名义平均流速(m/s)；

5.根据第4步计算得到的叶轮直径D_i ^(k)，按下式计算水泵转速：

式中，n_i、D_i和H_i1分别为第i个水泵模型nD＝435时的转速(r/min)、水泵叶轮直径(m)和－4°叶片角度的最优工况点扬程(m)，H_设计为所述泵装置的设计扬程(m)；n_i ^(k)为计算后得到的原型水泵转速(r/min)；

6.将所述水泵模型nD＝435时各叶片角度最优工况点的流量换算至叶轮直径为D_i ^(k)、转速为n_i ^(k)的原型参数，换算式如下：

$\begin{array}{cc}{Q}_{\mathrm{ij}}^{\′\left(k\right)}=Q_{\mathrm{ij}}\frac{{n_i}^{\left(k\right)}{\left({D_i}^{\left(k\right)}\right)}^3}{n_i{D}_i^3}& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

式中，Q_ij为第i个水泵模型nD＝435时第j个角度的流量(m³/s)，为换算至原型的流量(m³/s)；叶片角度的编号顺序为j＝1、2、3、4和5，所对应的叶片角度分别为－4°、－2°、0°、+2°和+4°；

7.计算第6步换算得到的叶片角度为－4°的流量与设计流量Q_设计的差：

式中，为第i个水泵模型叶片角度为－4°的第k次迭代计算得到的流量(m³/s)；

8.若则调整叶轮名义平均流速，令k＝k+1并返回第4步，重复进行第4～第8步的迭代计算；调整叶轮名义平均流速的计算式为：

$\begin{array}{cc}{{\stackrel{\‾}{V}}_i}^{(k+1)}={{\stackrel{\‾}{V}}_i}^{\left(k\right)}(1+\frac{{{\mathrm{\ΔQ}}_i}^{\left(k\right)}}{Q_{i1}^{\′\left(k\right)}})& (m/s)\end{array}$

式中，和分别为针对第i个水泵模型第k次和第k+1次迭代计算的叶轮名义平均流速(m/s)；

若则针对第i个水泵模型的选型计算满足要求，令D'_i＝D_i ^(k)，n'_i＝n_i ^(k)；

9.将所述水泵模型nD＝435时各叶片角度的主要性能参数换算至叶轮直径为D'_i、转速为n'_i的原型参数，其换算式如下：

$\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{ij}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{{n^{\′}}_i{D^{\′}}_i}{n_i{D}_i}\right)}^2& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{NPSH}}_{\mathrm{ij}}^{\′}={\mathrm{NPSH}}_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{{n^{\′}}_i{D^{\′}}_i}{n_i{D}_i}\right)}^2& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

η′_ij＝η_ij  (j＝1,2,3,4,5)

式中，H_ij、NPSH_ij和η_ij分别为第i个水泵模型第j个角度nD＝435时的扬程(m)、临界空化余量(m)和效率(％)，(H_鞍底扬程)_i为第i个水泵模型nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(m)；H′_ij、NPSH′_ij和η′_ij分别为第i个水泵模型第j个角度换算至原型的扬程(m)、临界空化余量(m)和效率(％)，(H_鞍底扬程)′_i为第i个水泵模型换算至原型的马鞍形区鞍底扬程(m)；

10.若所述泵装置采用直接传动，则进行第11步～第14步的转速靠档的调整；若所述泵装置采用间接传动，则转入第15步；

11.若n'_i在相邻两档转速之间，对于年运行时数较多的泵站，则将其向较低一档转速靠档，反之，向较高一档转速靠档；靠档调整后的水泵转速为

n_调整＝n'_i

12.根据第11步的转速靠档调整结果，对水泵叶轮直径进行相应调整计算，计算式如下：

13.将所述水泵模型nD＝435时的主要性能参数换算至转速为n_调整和叶轮直径为D_调整的原型参数，换算式如下：

η'_ij＝η_ij    (j＝1,2,3,4,5)

14.若Q'_i1＜Q_设计＜Q'_ij时，则按下式计算设计工况点的叶片角度：

15.对所选择的水泵模型逐一进行第4～第14步的计算；

16.计算(H_鞍底扬程)′_i与拟应用本发明的泵装置最高扬程H_max之差：

ΔH_i＝(H_鞍底扬程)′_i－H_max

若ΔH_i≤0，则认为第i个水泵模型的选型方案不符合要求；

17.列表汇总所选择水泵模型的选型方案，内容包括：水泵模型型号、水泵叶轮直径、转速、叶片角度、流量、扬程、临界空化余量、效率、马鞍形区鞍底扬程等，为泵站可研阶段进行水泵选型方案的综合比较提供必要条件。

与现有方法相比，本发明具有以下有益效果：

第一，通过控制叶轮名义平均流速，适当加大叶轮直径、降低水泵转速，降低了轴流泵高效区的扬程，可将比转速较低的高性能轴流泵及导叶式混流泵应用于低扬程泵站，解决了低扬程泵站难以找到水力性能优异的水泵模型的问题。

第二，适当加大叶轮直径不仅降低了泵内流速，同时也降低了进水流道出口段和出水流道进口段的流速，减少了流道水头损失、提高了流道效率。

第三，适当加大水泵叶轮直径、降低水泵转速，还同时降低了水泵的临界空化余量，提高了泵装置的空化性能。

第四，可十分方便地对所有可能应用的水泵模型进行选型计算，并从中选出最优者，对于提高低扬程泵装置的水力性能、保证大中型低扬程泵站的稳定和高效运行具有十分重要意义。

附图说明

图1是本发明基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法流程图。

具体实施方式

本发明基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法的流程如图1所示，下面结合该图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1某大型低扬程泵装置采用间接传动，设计扬程H_设计＝2.5m，最高扬程H_max＝4.01m，设计流量Q_设计＝33.5m³/s。应用本发明进行水泵选型的步骤如下：

1.选择高效区扬程高于本实施例泵装置设计扬程的常用低扬程水泵模型，它们的型号按比转速由小到大顺序排列为：TJ04-ZL-20(i＝1)、TJ04-ZL-19(i＝2)、TJ04-ZL-06(i＝3)和TJ04-ZL-07(i＝4)，表2列出了这4个水泵模型nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(H_鞍底扬程)_i和各叶片角度最优工况点的扬程、流量、效率、临界空化余量等主要性能参数；

表2 高效区扬程高于实施例1泵装置设计扬程的水泵模型主要性能参数

2.给出叶轮名义平均流速的初始值：

3.对所选4个水泵模型依次进行迭代计算，原型水泵叶轮直径的迭代计算式为：

式中，k的初始值为1；D_i ^(k)和分别为对第i个水泵模型进行的第k次迭代计算的原型水泵叶轮直径(m)和叶轮名义平均流速(m/s)；

4.根据第3步计算得到的叶轮直径D_i ^(k)，按下式计算原型水泵转速

式中，n_i、D_i和H_i1分别为第i个水泵模型nD＝435时的转速(r/min)、水泵叶轮直径(m)和－4°叶片角度的最优工况点扬程(m)，H_设计为所述泵装置的设计扬程(m)；n_i ^(k)为计算后得到的原型水泵转速(r/min)；

5.将所述4个水泵模型nD＝435时各叶片角度的流量换算至叶轮直径为D_i ^(k)、转速为n_i ^(k)的原型参数，换算式如下：

$\begin{array}{cc}{Q}_{\mathrm{ij}}^{\′\left(k\right)}=Q_{\mathrm{ij}}\frac{{n_i}^{\left(k\right)}{\left({D_i}^{\left(k\right)}\right)}^3}{n_i{D}_i^3}& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

式中，Q_ij为第i个水泵模型nD＝435时第j个角度的流量(m³/s)，为换算至原型的流量(m³/s)；叶片角度的编号顺序为j＝1、2、3、4和5，所对应的叶片角度分别为－4°、－2°、0°、+2°和+4°；

6.计算第5步换算得到的叶片角度为－4°的流量与设计流量Q_设计的差：

式中，为第i个水泵模型叶片角度为－4°的第k次迭代计算得到的流量(m³/s)；

7.若则调整叶轮名义平均流速，令k＝k+1并返回第3步，重复进行第3～第7步的迭代计算；调整叶轮名义平均流速的计算式为：

$\begin{array}{cc}{{\stackrel{\‾}{V}}_i}^{(k+1)}={{\stackrel{\‾}{V}}_i}^{\left(k\right)}(1+\frac{{{\mathrm{\ΔQ}}_i}^{\left(k\right)}}{Q_{i1}^{\′\left(k\right)}})& (m/s)\end{array}$

式中，和分别为针对第i个水泵模型第k次和第k+1次迭代计算的叶轮名义平均流速(m/s)；

若则针对第i个水泵模型的选型计算满足要求，令D'_i＝D_i ^(k)，n'_i＝n_i ^(k)；

8.将所述水泵模型nD＝435时各叶片角度最优工况点的主要性能参数换算至叶轮直径为D'_i、转速为n'_i的原型参数，其换算式如下：

$\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{ij}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{{n^{\′}}_i{D^{\′}}_i}{n_i{D}_i}\right)}^2& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{NPSH}}_{\mathrm{ij}}^{\′}={\mathrm{NPSH}}_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{{n^{\′}}_i{D^{\′}}_i}{n_i{D}_i}\right)}^2& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

η′_ij＝η_ij  (j＝1,2,3,4,5)

式中，H_ij、NPSH_ij和η_ij分别为第i个水泵模型第j个角度nD＝435时的扬程(m)、临界空化余量(m)和效率(％)，(H_鞍底扬程)_i为第i个水泵模型nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(m)；H′_ij、NPSH′_ij和η′_ij分别为第i个水泵模型第j个角度换算至原型的扬程(m)、临界空化余量(m)和效率(％)，(H_鞍底扬程)′_i为第i个水泵模型换算至原型的马鞍形区鞍底扬程(m)；

9.对所选择的每一个水泵模型进行第3步～第8步的计算，并将各水泵模型根据迭代计算结果换算至原型的主要性能参数列于表3；

表3 实施例1各水泵模型根据迭代计算结果换算至原型的主要性能参数

10.计算(H_鞍底扬程)′_i与所述泵装置的最高扬程H_max之差：

11.将本实施例的各选型方案主要参数汇总于表4，结果表明水泵模型TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-07的选型方案满足要求。

表4 实施例1选型方案主要参数汇总表

选型方案号	1	2	3	4
					水泵模型型号	TJ04-ZL-20	TJ04-ZL-19	TJ04-ZL-06	TJ04-ZL-07
水泵叶轮直径(m)	3.77	3.64	3.38	3.57
					水泵转速(r/min)	74.6	79.5	94.7	101.8
设计工况的叶片角度(°)	-4	-4	-4	-4
					流量(m3/s)	33.50	33.50	33.50	33.50
扬程(m)	2.50	2.50	2.50	2.50
					临界空化余量(m)	1.99	2.56	3.56	3.62
效率(％)	85.06	84.87	85.27	82.28
					马鞍形区鞍底扬程(m)	3.67	3.90	4.13	4.90
ΔH(m)	－0.34	－0.11	0.12	0.89

实施例2某大型低扬程泵装置采用直接传动，设计扬程H_设计＝3.75m，最高扬程H_max＝5.6m，设计流量Q_设计＝33.5m³/s。应用本发明进行水泵选型的步骤如下：

1.选择高效区扬程高于本实施例泵装置设计扬程的常用低扬程水泵模型，它们的型号按比转速由小到大顺序排列为：TJ04-ZL-20(i＝1)、TJ04-ZL-19(i＝2)、TJ04-ZL-06(i＝3)，表2列出了这3个水泵模型nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(H_鞍底扬程)_i和各叶片角度最优工况点的扬程、流量、效率、临界空化余量等主要性能参数；

2.给出叶轮名义平均流速的初始值：

3.对所选3个水泵模型依次进行迭代计算，原型水泵叶轮直径的迭代计算式为：

式中，k的初始值为1；D_i ^(k)和分别为对第i个水泵模型进行的第k次迭代计算的原型水泵叶轮直径(m)和叶轮名义平均流速(m/s)；

4.根据第3步计算得到的叶轮直径D_i ^(k)，按下式计算原型水泵转速

式中，n_i、D_i和H_i1分别为第i个水泵模型nD＝435时的转速(r/min)、水泵叶轮直径(m)和－4°叶片角度的最优工况点扬程(m)，H_设计为所述泵装置的设计扬程(m)；n_i ^(k)为计算后得到的原型水泵转速(r/min)；

5.将所述3个水泵模型nD＝435时各叶片角度的流量换算至叶轮直径为D_i ^(k)、转速为n_i ^(k)的原型参数，换算式如下：

$\begin{array}{cc}{Q}_{\mathrm{ij}}^{\′\left(k\right)}=Q_{\mathrm{ij}}\frac{{n_i}^{\left(k\right)}{\left({D_i}^{\left(k\right)}\right)}^3}{n_i{D}_i^3}& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

式中，Q_ij为第i个水泵模型nD＝435时第j个角度的流量(m³/s)，为换算至原型的流量(m³/s)；叶片角度的编号顺序为j＝1、2、3、4和5，所对应的叶片角度分别为－4°、－2°、0°、+2°和+4°；

6.计算第5步换算得到的叶片角度为－4°的流量与设计流量Q_设计的差：

式中，为第i个水泵模型叶片角度为－4°的第k次迭代计算得到的流量(m³/s)；

7.若则调整叶轮名义平均流速，令k＝k+1并返回第3步，重复进行第3～第7步的迭代计算；调整叶轮名义平均流速的计算式为：

$\begin{array}{cc}{{\stackrel{\‾}{V}}_i}^{(k+1)}={{\stackrel{\‾}{V}}_i}^{\left(k\right)}(1+\frac{{{\mathrm{\ΔQ}}_i}^{\left(k\right)}}{Q_{i1}^{\′\left(k\right)}})& (m/s)\end{array}$

式中，和分别为针对第i个水泵模型第k次和第k+1次迭代计算的叶轮名义平均流速(m/s)；

若则针对第i个水泵模型的选型计算满足要求，令D'_i＝D_i ^(k)，n'_i＝n_i ^(k)；

8.将所述3个水泵模型nD＝435时各叶片角度最优工况点的主要性能参数换算至叶轮直径为D'_i、转速为n'_i的原型参数，其换算式如下：

$\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{ij}}^{\′}=H_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{{n^{\′}}_i{D^{\′}}_i}{n_i{D}_i}\right)}^2& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{NPSH}}_{\mathrm{ij}}^{\′}={\mathrm{NPSH}}_{\mathrm{ij}}{\left(\frac{{n^{\′}}_i{D^{\′}}_i}{n_i{D}_i}\right)}^2& (j=\mathrm{1,2,3,4,5})\end{array}$

η′_ij＝η_ij   (j＝1,2,3,4,5)

式中，H_ij、NPSH_ij和η_ij分别为第i个水泵模型第j个角度nD＝435时的扬程(m)、临界空化余量(m)和效率(％)，(H_鞍底扬程)_i为第i个水泵模型nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(m)；H′_ij、NPSH′_ij和η′_ij分别为第i个水泵模型第j个角度换算至原型的扬程(m)、临界空化余量(m)和效率(％)，(H_鞍底扬程)′_i为第i个水泵模型换算至原型的马鞍形区鞍底扬程(m)；

9.对所选择的每一个水泵模型进行第3步～第8步的计算，并将各水泵模型根据迭代计算结果换算至原型的主要性能参数列于表5；

表5 实施例2各水泵模型根据迭代计算结果换算至原型的主要性能参数

10.因所述泵装置采用直接传动，故进行第11步～第14步的转速靠档的调整计算；

11.若n'_i在相邻两档转速之间，对于年运行时数较多的泵站，则将其向较低一档转速靠档，反之，向较高一档转速靠档；靠档调整后的水泵转速为

n_调整＝n'_i

12.根据第11步的转速靠档调整结果，对水泵叶轮直径进行相应调整计算，计算式如下：

13.将所述3个水泵模型nD＝435时的主要性能参数换算至转速为n_调整和叶轮直径为D_调整的原型参数，换算式如下：

η'_ij＝η_ij    (j＝1,2,3,4,5)

14.当Q'_i1＜Q_设计＜Q'_ij时，则按下式计算设计工况点的叶片角度：

15.对所选择的每一个水泵模型进行第11步～第14步的计算，并将转速调整后各水泵模型换算至原型的主要性能参数列于表6；

表6 实施例2转速调整后各水泵模型换算至原型的主要性能参数

16.计算(H_鞍底扬程)′_i与泵装置最高扬程H_max之差：

ΔH_i＝(H_鞍底扬程)′_i－H_max

17.将本实施例各选型方案主要参数汇总于表7，结果表明水泵模型TJ04-ZL-19和TJ04-ZL-06的选型方案满足要求。

表7 实施例2水泵选型方案主要参数汇总表

选型方案号	1	2	3
				水泵模型型号	TJ04-ZL-20	TJ04-ZL-19	TJ04-ZL-06
水泵叶轮直径(m)	3.33	3.19	3.01
				水泵转速(r/min)	103.5	111.1	130.4
设计工况的叶片角度(°)	-2.1	-1.4	-2.9
				流量(m3/s)	33.50	33.50	33.50
扬程(m)	3.75	3.75	3.75
				临界空化余量(m)	4.55	5.01	6.06
效率(％)	85.19	85.25	85.38
				马鞍形区鞍底扬程(m)	5.51	5.85	6.19
ΔH(m)	－0.09	0.25	0.59

Claims (9)

1.基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)引入叶轮名义平均流速以调控叶轮名义平均流速为基点进行低扬程泵装置的水泵选型；

(2)根据已发布的低扬程水泵模型nD＝435时的模型水力性能资料，选择其中高效区扬程高于拟应用本发明的泵装置的设计扬程的水泵模型，列出它们在nD＝435时的马鞍形区鞍底扬程(H_鞍底扬程)_i和各叶片角度最优工况点的扬程、流量、效率、临界空化余量主要性能参数；

(3)根据低扬程泵装置水泵选型取较小值的原则，给出适当的叶轮名义平均流速 所述泵装置设计扬程愈低、年运行时数愈长，的取值愈小，给出叶轮名义平均流速的初值

(4)以叶轮名义平均流速为基点计算所述泵装置原型水泵叶轮直径D；

(5)根据计算得到的叶轮直径D和所述水泵模型叶片角度为－4°的最优工况点扬程，根据叶片泵相似律计算所需的原型水泵转速n；

(6)根据计算得到的原型水泵叶轮直径D和水泵转速n，按水泵流量相似律将各水泵模型nD＝435时各叶片角度最优工况点的流量换算至原型；

(7)计算设计流量Q_设计与第(6)步换算后叶片角度为－4°的流量的差ΔQ，若ΔQ的相对误差小于给定值，则针对所述水泵模型的选型计算满足要求；否则根据ΔQ调整叶轮名义平均流速并返回第(4)步，重复进行第(4)～第(7)步的计算；第(4)～第(7)步的计算是一个迭代计算的过程；

(8)将所述水泵模型nD＝435时的主要性能参数换算至迭代计算得到的叶轮直径D和转速n时的原型参数；

(9)而对于采用直接传动的泵装置，在得到的叶轮直径D和转速n时的原型参数后进行水泵转速的靠档调整工作；根据水泵转速靠档调整结果，对水泵叶轮直径进行相应的调整计算；将所述水泵模型的主要性能参数换算至调整后的水泵转速n和叶轮直径D的原型参数；若水泵转速n和叶轮直径D调整后，设计工况点在两个整数叶片角度之间，通过线性插值法计算其叶片角度；

(10)对所选择的水泵模型逐一进行第(4)～第(9)步的计算；

(11)与水泵模型的马鞍形区鞍底扬程进行比较，校核其是否满足泵装置最高扬程的要 求；

(12)列表汇总所有水泵选型方案，为泵站可研阶段进行水泵选型方案的综合比较提供必要条件。

2.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(1)中所述叶轮名义平均流速，其表达式为

式中，为叶轮名义平均流速，m/s；Q_设计为拟应用本发明的泵装置的设计流量，m³/s；D为水泵叶轮直径，m。

3.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(4)所述泵装置原型水泵叶轮直径D的迭代计算式为：

式中，k的初始值为1；和分别为对第i个水泵模型进行的第k次迭代计算的原型水泵叶轮直径(m)和叶轮名义平均流速(m/s)。

4.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(5)所述原型水泵转速n的计算公式为

式中，n_i、D_i和H_i1分别为第i个水泵模型nD＝435时的转速(r/min)、水泵叶轮直径(m)和－4°叶片角度的最优工况点扬程(m)，H_设计为所述泵装置的设计扬程(m)；n_i ^(k)为计算后得到的原型水泵转速(r/min)。

5.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(6)所述水泵模型nD＝435时各叶片角度的流量换算至叶轮直径为D_i ^(k)、转速为n_i ^(k)的原型参数，换算式如下：

式中，Q_ij为第i个水泵模型nD＝435时第j个角度的流量(m³/s)，为换算至原型的流量(m³/s)；叶片角度的编号顺序为j＝1、2、3、4和5，所对应的叶片角度分别为－4°、－2°、0°、+2°和+4°。

6.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(7)中所述调整叶轮名义平均流速的计算表达为

式中，和分别为针对第i个水泵模型第k次和第k+1次迭代计算的叶轮名义平均流速，m/s；为第i个水泵模型叶片角度为－4°的第k次迭代计算得到的流量，m³/s。

7.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(9)中所述对采用直接传动的泵装置进行水泵转速的靠档调整，其方法为：当计算得到的水泵转速在相邻两档转速之间，对于年运行时数较多的泵站，向较低一档转速靠档，对于年运行时数较少的泵站，向较高一档转速靠档。

8.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(9)中若所述设计工况点所在叶片角度在两个整数叶片角度之间，则通过线性插值法计算其叶片角度，计算表达式为

式中，i为水泵模型编号；j为叶片角度的编号；Q_设计为拟应用本发明的泵装置的设计流量，m³/s；Q′_ij为第i个水泵模型第j个角度换算至原型的流量，m³/s；Q′_i1为第i个水泵模型叶片角度为－4°的换算至原型的流量，m³/s。

9.根据权利要求1所述的基于叶轮名义平均流速的低扬程泵装置水泵选型方法，其特征是，步骤(11)中检验水泵模型的马鞍形区鞍底扬程是否满足泵装置最高扬程要求，计算式为：

ΔH_i＝(H_鞍底扬程)′_i－H_max

式中，(H_鞍底扬程)′_i为第i个水泵模型换算至原型的马鞍形区鞍底扬程，m；H_max为拟应用本发明的泵装置最高扬程，m；

若ΔH_i≤0，则认为第i个水泵模型的选型方案不符合要求。