水泵設計中應該注意的問(wèn)題的若干思考論文

　　水泵在現代工業(yè)生產(chǎn)中占據重要地位，但是在使用中會(huì )因為各種各樣的問(wèn)題影響其正常運行。本文從吸水管路的要求和尺寸確定，水管的安裝方式，吸水管材料選擇和引水方式的選擇，壓力水管的類(lèi)型和鋪設方式及支承方式，管道支撐方式設計對鎮墩設計、支墩設計的要求方面進(jìn)行探討，并且簡(jiǎn)要分析水泵水擊計算及其防護，從而進(jìn)一步提高我國的水泵設計水平。

　　1 影響泵機運行效率的因素

　　1.1 泵機的選擇

　　在泵站運行過(guò)程中，水泵的運行效率等于水力效率、泵的容積效率以及機械效率三者的乘積，因此水泵本身的運行效率決定整個(gè)泵站的運行效率。如果在設計之初，選用的水泵質(zhì)量不合格，就會(huì )導致水泵葉輪的汽蝕情況加重，如果水泵的密封環(huán)在制造的時(shí)候間隙過(guò)大或者過(guò)小，會(huì )降低水泵的工作效率以及使用壽命。

　　1.2 水泵葉片的振動(dòng)

　　水泵的葉片一般情況下都是單級葉片，為了更好地提高泵機的運行特性，泵機轉子部分的直徑一般遠遠小于泵機葉輪葉片的直徑，這就導致變頻送風(fēng)機產(chǎn)生的不平衡質(zhì)量以及慣性力矩都集中在葉輪葉片上。因此在設計的時(shí)候，葉輪葉片一般設計成對稱(chēng)結構。但是由于葉片的制造誤差，一般情況下葉輪葉片很難做到完全對稱(chēng)，再加上有時(shí)泵機要進(jìn)行高速運轉，會(huì )造成巨大的慣性力矩。慣性力矩傳遞到葉片上以及曲軸上都會(huì )造成變頻送風(fēng)機振動(dòng)過(guò)大。

　　1.3 泵機內部缺少潤滑

　　泵機的運行特性導致泵機的工作不是完全固定的，從并且使得只用一個(gè)曲軸來(lái)盡可能地減小從泵機的設計點(diǎn)這個(gè)工作是不穩定的，可能通過(guò)這種不均勻帶來(lái)了能量損耗。而泵機內部的旋轉機械在長(cháng)期的運轉過(guò)程中，缺少潤滑會(huì )導致旋轉機械之間產(chǎn)生劇烈摩擦，這種摩擦不僅僅損害機械設備，同時(shí)也會(huì )造成水泵的效率大大降低。

　　2 吸水管設計要求

　　2.1 管道材料選擇

　　吸水管道材料要具有氣閉性較好、抗腐蝕能力強、安全可靠等特點(diǎn)，因此選取吸水管道材料時(shí)要考慮其綜合性能。不銹鋼管具有機械強度高、管壁壁薄、比重小、壓力損失低等優(yōu)點(diǎn)，再加上便于安裝、檢修以及更換，因此被廣泛運用到泵站工程中。但是不銹鋼管使用壽命一般只有20～30 年，在管道使用壽命即將達到期限時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行更換以及維修。橡膠管也是當前常用的吸水管道材料，長(cháng)期性或者永久性的泵站吸水管多采用不銹鋼管，而臨時(shí)泵站一般選用橡膠管。

　　2.2 對進(jìn)水管的要求

　　(1)不積氣。吸水管的工作原理是根據水管內外的壓力差(真空度)形成吸水的效果，當水泵吸水管內外的壓力差降低到一定程度時(shí)， 因為管道內的真空度較小導致水中溶解的氣體不斷分離出來(lái)。如果設計的時(shí)候不認真考慮到這一因素對管道的影響，就會(huì )在吸水管道某段出現積氣，形成氣囊，從而影響水管的正常吸水。

　　(2)不漏氣。吸水管靠水管內外的壓力差進(jìn)行水體循環(huán)，一旦吸水管路出現漏氣現象， 就會(huì )使得水管產(chǎn)生較大的壓力損失，使得水泵正常運行出現嚴重故障。同時(shí)水管出現漏氣現象，管內的水流出來(lái)，外界的空氣進(jìn)入到水管內，水泵的出水量將減少，甚至出現吸不上水的情況。一般情況下吸水管路采用強度高、接口可焊接的鋼管，深埋土中的鋼管應該涂防腐層。

　　(3)不吸氣。吸水管進(jìn)口淹沒(méi)水中的深度不夠，就會(huì )在吸水管的進(jìn)水口處產(chǎn)生較大的游渦， 而游渦會(huì )將大量的空氣帶入到吸水管內，嚴重時(shí)將影響水泵正常吸水。為了避免吸水井(建筑物)水面產(chǎn)生游渦，減少吸水口處空氣的進(jìn)入量，吸水管在最低水位下的淹沒(méi)深度應該大于0.6m。如果環(huán)境條件不能滿(mǎn)足最低的淹沒(méi)深度，可以通過(guò)在吸水管進(jìn)口末端安裝水平隔板來(lái)減少空氣的進(jìn)入量。

　　2.3 引水方式的選擇

　　(1)當泵站離水源較近，水源泥沙含量較低且水源的水位變化幅度基本不發(fā)生變化， 而同時(shí)泵站的引水流量不大時(shí)，可以可選用管道引水方式。水源岸坡較緩時(shí)，用斜桿管式引水方式，水源岸坡較陡時(shí)，采用直管式引水方式。

　　(2)當泵站離水源較近，水源含沙量較大且水源岸坡較陡時(shí)，可選用涵洞引水方式進(jìn)行取水作業(yè)。

　　(3)當岸坡較緩，泵站等取水建筑離水源較遠時(shí)，可以通過(guò)開(kāi)挖渠道進(jìn)行取水。開(kāi)挖渠道可以縮短壓力管道的使用長(cháng)度，提升工程的經(jīng)濟效益。

　　2.4 穿墻管連接形式選擇

　　(1)柔性連接。柔性安裝是為了提高安裝的彈性。對于水泵和動(dòng)力機的均高于校核洪水位的泵站來(lái)說(shuō)，為了降低沖擊應力以及溫度應力的影響，一般采取柔性的連接方式對穿墻管進(jìn)行連接。以保證安裝后的穿墻管道能夠自由伸縮，有效地對抗沖擊載荷以及溫度應力。

　　(2)剛性連接。管道在進(jìn)行連接的時(shí)候要充分考慮到螺紋連接和法蘭連接這兩種連接方式的異同點(diǎn)。螺紋連接比較簡(jiǎn)單，通過(guò)管螺紋進(jìn)行連接再配合生料帶密封就可以達到較好的密閉效果。在進(jìn)行管螺紋連接時(shí)，要掌握螺紋松緊度，用手進(jìn)行預緊的時(shí)候，將管螺紋擰緊后要保證管螺紋有一定的活動(dòng)量。在二次擰緊中采用活動(dòng)扳手擰緊的時(shí)候，要注意預緊力大小，不能因為過(guò)分擰緊而導致螺紋損壞。如果有條件，可以采用力矩扳手進(jìn)行擰緊，能夠保證預緊力大小滿(mǎn)足要求。螺紋連接后應清除外露油麻和生料帶，對于容易腐蝕的管道應該進(jìn)行防腐處理。

　　3 壓力水管設計要求

　　壓力水管是指水泵到儲水建筑物之間的出水管道，這一部分管道是保證水泵正常運行的重要因素。加壓泵站和灌溉的高揚程泵站的壓力水管一般都超過(guò)正常水管的范圍，使得壓力水管在泵站總投資成本中所占的比重較大。對于泵站的正常運行來(lái)說(shuō)， 壓力水管的長(cháng)短和管徑的大小對系統的影響是巨大的，尤其是水管內的水擊壓力甚至會(huì )給泵站帶來(lái)致命的影響，因此加強高揚程泵站和加壓泵站壓力水管設計是十分必要的。

　　3.1 對壓力水管道的要求

　　(1)保證管道本身及其接頭的強度，保證密封性能可靠;

　　(2)保證壓力管道引起的能量消耗及投資最小;

　　(3)保證泵站正常運行時(shí)壓力水管道穩定;

　　(4)在向管道內充水或泄空過(guò)程中，保證介質(zhì)能自由出入壓力水管道;

　　(5)管道突然破裂后保證泵房的安全;

　　(6)能夠在檢修時(shí)放空管道，保證檢修工作順利進(jìn)行。

　　3.2 壓力水管的材料選擇

　　(1)壓力水管水循環(huán)壓力損失小、能耗低，確保水泵在各種情況下，均能按照標準工況運行，從而降低壓力水管的維保費用;

　　(2)滿(mǎn)足泵站不同用水要求，保證在不同的水管壓力條件下能通過(guò)對應的設計流量;

　　(3)確保管道在較為惡劣的環(huán)境下，能夠獨立自主運行，不會(huì )產(chǎn)生位移變化、水擊破壞以及滑移等現象;

　　(4)水管材料要便于運輸、檢修、安裝、維護和管理，保證壓力水管檢修順利;

　　(5)節省鋼材、水泥、木材等材料，保證整個(gè)工程投資成本最低。

　　3.3 壓力水管的安裝

　　(1)安裝原則。泵站壓力水管多采用鋼管，因此在安裝的時(shí)候要注意以下幾點(diǎn)：(1) 焊接鋼管要注意焊接的密封性是否可靠，焊接結束后，焊縫處使用角磨機進(jìn)行打磨。(2)壓力水管的坡度設置應符合設計要求和國家標準，要保證設置出的坡度滿(mǎn)足使用要求。(3)坐標和標高的允許偏差以及豎直管道的垂直度誤差及水平管道縱橫向彎曲誤差應符合規范規定。(4)在進(jìn)行法蘭連接時(shí)，要對內螺紋及法蘭封面上的鐵銹等油污及灰塵進(jìn)行清洗，確保連接時(shí)法蘭表面的光潔程度。清除掉密封線(xiàn)圈上的密封中心線(xiàn)，調節管螺紋法蘭中心線(xiàn)與管中心線(xiàn)兩者之間的位置，保證相互垂直。

　　(2)安裝方式。壓力水管的安裝方式可分為輻射狀安裝、平行安裝、串聯(lián)安裝和并聯(lián)安裝四種。輻射狀安裝，管道的中心線(xiàn)隨著(zhù)逐漸偏離中心而減少。平行安裝是指壓力水管管道中心線(xiàn)始終保持為定值。對于短管道、低揚程的泵站來(lái)說(shuō)，多將壓力水管沿著(zhù)平行于泵站機房鉛垂軸線(xiàn)的方向布置，從而簡(jiǎn)化管道結構，保證壓力水管運行可靠。串聯(lián)安裝，串聯(lián)安裝是針對相鄰泵站之間無(wú)建筑物的壓力水管安裝方式。對于高揚程泵站來(lái)說(shuō)，如果泵站之間無(wú)影響泵站安裝的臺地，可以采用串聯(lián)方式將壓力水管與下一級水管連接。并聯(lián)安裝，并聯(lián)安裝是指多個(gè)水共用一個(gè)壓力水管，從而極大地減少壓力水管的使用，降低泵站的建設成本，多用于高揚程、多泵機組、長(cháng)管道的泵站建設。但是并聯(lián)安裝會(huì )增加許多配套建設，而且總管道檢修時(shí)，所有的支管道都要停止運行。

　　4 管道支撐方式設計要求

　　4.1 鎮墩設計

　　鎮墩是用來(lái)固定壓力水管，按照結構類(lèi)型分為敞開(kāi)式鎮墩和封閉式鎮墩。敞開(kāi)式鎮墩便于檢修，但是由于敞開(kāi)式結構受外界影響較大，容易導致管壁受力不均勻，因此該結構多用于低載荷的壓力水管固定;封閉式鎮墩結構較為簡(jiǎn)單，受外界影響較小，但是不易檢修。鎮墩是依靠自身重力來(lái)維持本身穩定的結構， 因此其設計要求以及內容與其他重力式結構基本相同，也就是需要計算極限情況下鎮墩結構的抗滑和抗傾復穩定性、地基的穩定性。在實(shí)際情況中，各種不利極限情況一般不會(huì )同時(shí)發(fā)生，因此應參照水泵不同運行情況進(jìn)行鎮墩結構負載組合，保證鎮墩的強度以及穩定性能夠應對最不利的情況。泵機的正常設計是按照運行平穩、正常停機以及突發(fā)停機這三種情況進(jìn)行載荷分析， 將溫度變化以及各種摩擦阻力考慮進(jìn)去，從而保證設計能夠使泵機達到最佳的運行狀態(tài)。

　　4.2 支墩設計

　　支墩是承接壓力水管中間部分的載荷，減少壓力水管在各種載荷影響下產(chǎn)生的屈曲變形。對于壓力水管來(lái)說(shuō)，為了適應溫度變化產(chǎn)生的熱循環(huán)應力對壓力水管的強度沖擊，可以利用壓力水管沿管軸方向在支墩上的自由移動(dòng)來(lái)抵消熱應力帶來(lái)的位移。支墩只承受垂直于管軸的法向力，水平方向上的作用力主要由鎮墩承擔。

　　5 結語(yǔ)

　　泵機是生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的設備， 對國家的科技自動(dòng)化、現代工業(yè)水平發(fā)展等有著(zhù)重要的作用。然而在泵機使用過(guò)程中，會(huì )因為作業(yè)環(huán)境或操作人員等因素的影響而出現各種故障。對泵機進(jìn)行設計時(shí)，應盡可能將影響泵機運行的因素考慮進(jìn)去，從而避免設備發(fā)生故障，確保泵機處于正常穩定的運行狀態(tài)。

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