离心式排水泵无底阀的改进应用

　　摘要：排水系统使用简易真空箱替代多级离心式水泵的底阀，使离心式水泵腔体及进水段达到真空效果，实现了水泵运行时的无底阀起动。其具有维护容易快捷、使用可靠、结构简单、制作方便等特点，应用效果良好，可推广应用。
　　关键词：排水系统；离心式水泵；真空水箱；结构原理；应用效果
　　
　　1引言
　　孟庄矿区—230m水平中央水泵房经工程技术人员设计改进，选用150DL30—30×9型水泵3台，流量155m3/h，最大吸上真空高度6.6m；两路主排水管选用ø194×6.5mm的无缝钢管,ø219×6mm的无缝钢管作吸水管，排水管中水流实际速度1.95m/s；吸水管中水流流速1.4m/s。泵的电机选用与泵配套的JR126—4/225型，功率225kW，转速1480r/min。经该矿多年使用的经验，考虑底阀的一用多害，则以用真空水箱替代底阀进行无底阀排水。
　　2真空水箱的结构及参数
　　离心式水泵真空水箱由箱体、进水管、出水管、注水控制闸阀及注水杯等组成，如图1所示。
　　
　　箱体采用δ=8mm的A3钢板卷制焊接而成，依照实验和经验比较，要求设计箱体容积时，箱体容积是吸水管容积的4～6倍为准。为达到密封效果，箱体及吸水管、排水管、注水管、清洗管等各处连接部位的焊缝都要焊接严密，密封良好，应达到相应的抗渗漏技术要求，保证无漏气现象出现。为保证密闭性，吸水管和排水管应潜入箱体并靠近底部，理想的距离是：吸水管口距箱底以250mm为宜，排水管口距箱底距离以150mm为宜。这样，既可保证进水管路和密封性，又可最大限度地利用箱体的有效空间，降低箱体的制作要求。真空箱安装时，注水管与主排水管路连接，通过注水闸阀对泵体和水箱注水，在水泵的正常运行情况下，真空箱无需注水，仅在箱内水被抽干等突发故障的情况下才需要注水（也可以在排水池加装水位控制器并与排水系统联锁，来消除上述故障）。注水杯仅用于初次排水时，向泵体注水而用。清洗管可用丝堵密封，在需要清洗箱底淤泥等杂质时，只要拧开丝堵放水并注水冲洗内部即可，一般根据箱内的淤积程度而定。
　　由于采用了真空水箱代替底阀（底阀除消），为防止杂物被吸入泵内，在吸水管的进口端还应加装滤罩。
　　3真空水箱替代底阀的原理分析
　　离心式水泵是一种输送液体的流体机械，它是利用大气压原理和高速旋转的叶轮做功，将液体顺导流槽和管道输送出去。传统的离心泵在开动之前，都要向进水管段至泵体内注满水，以排除里面的空气；泵开动后，在叶片旋转离心力的作用下，泵内的液体作前进运动，经泵的导水圈，被多片叶轮分级加速后，沿排水管输送出去。这时，泵的进口处则因水的排出而形成真空，吸水井中的水在大气压力的作用下，被不断地压入泵的进口。于是，水泵就连续地把水吸入和排出。
　　所谓真空水箱无底阀泵，即将水泵吸水管底部为了起动前灌引水所装的单向逆止阀去掉。其工作原理是水泵运转时，首先吸的是真空箱内的水。由于箱体内的水被排出，这时真空箱内形成一定的真空，水井内的水在外界大气压的作用下，通过吸水管进入真空箱，从而保证泵的进水源源不断。
　　4真空水箱替代底阀性能参数验算
　　在离心式水泵吸水管道上的滤水器中设置的底阀不仅增加了管道阻力，加大了能量消耗，降低了水泵效率，而且也减少了水泵的吸水高度。真空水箱代替底阀以后，整个管路总阻力损失计算如下：
　　（1）吸水管阻力损失：
　　hx=λlxux2/dx2g+∑ξx•ux2/2g
　　=0.0301×8×1.282/0.207×2×9.8+4.028×1.282/2×9.8=0.434
　　式中，λ——沿程阻力损失系数之和，取０.0301；lx——吸水管长度8m；dx——吸水管内径（m）；ux——吸水管中的水流速度（m/s）；∑ξx——吸水管路附件局部阻力损失系数之和，∑ξx=2×0.294+2×0.22+3=4.028；局部阻力损失系数之和中的2×0.294表示两个90°弯头；2×0.22表示有2个异径管；3表示无底阀。
　　（2）管路总阻力损失：
　　hw=（hp+hx+up2/2g）×1.7
　　=（0.86+0.434+1.672/2×9.8）×1.7
　　=14.3（m）
　　按管路特性曲线与所选的150DL30×9型水泵特性曲线按同一比例画在同一Q—Ｈ坐标上求得该工作点：流量Qm=179m3/h，扬程Hm=250m，效率ηm=0.75；均在水泵较佳的工作状态。
　　5应用效果
　　真空装置代替底阀后，使用效果及优点主要体现在：
　　（1）使用底阀的水泵常因底阀质量问题，加上杂物影响，使底阀密封不严、水泵灌不上引水而导致泵无法工作。真空水箱不存在这种情况，其本身是一个无底阀。
　　（2）底阀在检修或更换的工作中，工作条件恶劣，劳动强度大；而真空水箱安装于水井之上，人员无须下到井底去处理；大大减小了维护的劳动强度。
　　（3）由于真空水箱无运动阀件，减小了管道的阻力，降低能量消耗，提高了水泵效率，相对于底阀而增加了水泵的吸水高度。
　　（4）相比较喷射泵无底阀排水而言，操作简便、运行平稳，在短时间内就能灌满水，使用方便；
　　（5）节约了维修更换的费用。真空水箱的制作工艺要求不高，只要焊接处密封即可，材料也只要普通的低碳钢板（不锈钢板更好，免涂漆防腐），费用与相应的底阀相比，仅是其几分之一。
　　（6）如果配合电控自动阀门的使用，能进行自动化操作。
　　（7）节电效果理想。通过实测，有底阀泵排水155m3，耗电148kWh；而无底阀泵每排水155m3，耗电137kWh；显然，按排水总量计，一年下来，会有可观的节电效益。
　　（8）推广实用性强，可广泛应用于矿山、企业和城市给排水设施的地方。该矿目前已经在高村中央泵房、-230m中央泵房等处使用，运行均正常、效果很好，近年来都没有出现因该真空装置问题而影响正常排水的现象。
　　
　　参考文献：
　　[1]洪勉成，陆培文，高凤琴.阀门设计计算手册[M].北京：中国标准出版社，1994
　　[2]陆培文.实用阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002