改善水泵运行工况的方法及水泵特性曲线调节法的应用
摘要：当水泵运行工况点处于低效区时通过改变管路特性曲线和水泵特性曲线的方法调节工况点，可达到提高水泵运行效率和经济性的目的。

在不适宜更换新泵和叶轮切削的情况下，采用减少叶轮数目法对水泵进行改造，可达到改善水泵运行工况和提高水泵运行效率的作用。

关键词：多级离心式清水泵泵;改变管路特性曲线法;改变水泵特性曲线法;改造应用
1 前言
水泵工况点的参数值反映了水泵的实际工作状况。

为了保证水泵的正常工作，工况点必须满足稳定工作条件，经济工作条件和不发生汽蚀条件;否则，就必须对工况点进行合理调节。

调节水泵的工况点，其实质就是改变水泵特性曲线，或者改变管路特性曲线，或者同时改变这两种曲线。

2 水泵工况点的调节方法
矿山排水工作中，有时需要对水泵的工况点进行调节，调节的目的有两个：一是使水泵在运转过程中，其工况点始终满足正常工作条件;二是使水泵的流量和扬程满足实际工作的需要。

因工况点是由水泵特性曲线和管路特性曲线交点所确定，因此调节工况点的途径也有两条：一是改变管路特性曲线调节法;二是改变水泵本身特性曲线调节法。

2.1 改变管路特性曲线调节法
（1）闸门节流法在排水管路上一般都装有调节闸阀。

适当关闭该闸阀的开启度，可增加局部阻力，使管路的阻力系数增大，从而达到调节流量的目的。

这种调节方法的优点是工作简便;缺点是调节时额外消耗的功率较大，因而是一种不经济的调节方法。

矿山排水原则上应不采用这种调节方法。

但在某些特殊情况下，如工况点超出工业利用区最大流量以外而使电动机过载时，为了在更换电机前既能继续排水，又能减小负载，可以使用该方法作为临时调节措施。

（2）管路并联调节法矿山排水管路一般至少设置两趟，一趟工作，一趟备用。

在正常涌水期，也可将备用管路投入运行，即工作管路和备用管路并联工作，这样来增大管子的过水断面，降低管路阻力，从而改变水泵的工况点。

因合成特性曲线的阻力损失减小，在水泵实际扬程不变的情况下，管路效率增大，从而使克服管路阻力的无益功耗减少。

故此调节方法是一种有效的节能措施。

采用管路并联调节时，必须注意如下两个问题：一是防止电动机过负荷;二是防止产生汽蚀。

因管路并联后，水泵的工况点右移，使流量增大，轴功率也必将增大，
若原配电动机的功率裕度不大，就有可能造成电动机过负荷;同时，随着工况点的右移，水泵允许的吸上真空度将减小，当减小到某一值时，水泵就有可能发生汽蚀。

故管路并联的趟数不宜过多。

2.2 改变水泵特性曲线调节法
（1）减少叶轮数目调节法减少叶轮数目的调节方法适用于多级水泵。

当减少叶轮数目时，水泵特性曲线则相应下降，工况点随之变动。

在减少叶轮数目的同时，最好把相应的中段也去掉，把泵轴也缩短，这样做效果最好。

如果条件限制，也可只减少叶轮而不拆除中段和缩短泵轴，在拆除叶轮的位置上换上一个与叶轮宽度相等的轴套。

减少叶轮数目后，水泵工况点发生变化，以达到调节的目的。

（2）削短叶轮叶片长度调节法若某台水泵工作时的流量和扬程大于实际需要值，为减少电耗，可将叶轮叶片的长度适当削短。

切削量按切割定律进行。

经验表明，如果切削量不大，则水泵效率几乎不变;根据水泵近似规律，切削量超过一定程度后也就不适用了。

所以切削量要求很严格。

叶轮叶片切削后，水泵特性曲线下移。

因此，在管路特性曲线不变的情况下，工况点将左移，从而提高管路效率和增大水泵的允许吸上真空度。

3 水泵改造课题的提出
海塔尔煤矿设计生产能力60万吨，分两个水平进行开采，首期开采一水平（3320水平），主排水泵房安装3台D25-50*8型离心式清水泵进行排水，一台工作，一台备用，一台检修。

其铭牌参数为Q=25m3/h，H=400m，n=2950r/min，η=52%，叶轮直径ф=205mm。

3320水平的排水扬程为230米，矿井正常涌水量为15 m3/h，最大涌水量为20 m3/h.因我矿的水泵工作时的流量和扬程大于实际需要值，故做了如下改造：
3.1 离心泵改造方案的确定及改造效果
方案一：重新对水泵进行选型：
新泵可选取D25-50*5型离心泵，该泵设计技术参数为：Q=25 m3/h，H=250m，n=2950r/min，η=54%。

但由于该方案需购买新泵，投资较大，且耗时费力，故不采用。

方案二：削短叶轮叶片长度调节法：
因水泵工作时的流量和扬程大于实际需要值，可将叶轮叶片适当削短，按照切割定律，水泵的流量、扬程和叶片外径间存在着公式1和公式2的关系Q，/Q=D2，/D2---------1
H，/H=（D2，/D2）2-------2
Q，、Q-车削前后的水泵流量，m3/h
H，/H-车削前后的水泵扬程，m
D2，、D2-车削前后的水泵叶轮叶片外径，m
因以上公式为近似规律，所以当切削量超过一定程度后就不适用。

一般来说水泵的比转数越大，切削量越小。

所以在切削之前先算出水泵的比转数，计算公式为式3：
ns=3.65n* Q1/2/ H3/4--------3
Q-额定工况下的流量，m3/h
H-额定工况下的扬程，m
n-水泵的额定转速，r/min
ns=3.65n* Q1/2/ H3/4=3.65*2950* 251/2/ 4003/4=79.46
由此查表可知水泵叶轮叶片直径最大切削量为15%-20%
通过公式2计算水泵叶轮叶片直径切削后的数值
H，/H=（D2，/D2）2
D，2=155mm
（50-205）/205=24.5%
故切削量超出切削限度，把叶轮直径切成155mm是不允许的。

故此方案也不采取。

方案三：减少叶轮数目调节法：
减少叶轮数目的调节方法适用于多级水泵。

减少叶轮数目时，水泵的特性曲线则相应下降，工况点随之变动。

因我矿主排水泵排水所需的实际扬程为=230m，每一叶轮产生的扬程为50m，则水泵所需的叶轮数目为：
i=H/Hi=230/50=4.6≈5
求得所需叶轮数目i=5后，从水泵中拆除多余的叶轮3组，因改变水泵底座比较麻烦和考虑到二水平水泵的排水需要，故只采用减少叶轮而不拆除中段和缩短泵轴，在拆除叶轮的位置上换上一个与叶轮宽度相等的轴套。

D25-50*8型水泵经过减少叶轮法改造后，水泵运行中的振动显著减轻，噪声降低，汽蚀现象得到很好的改善。

原水泵配套电机的运行电流也由原49.84A 降至31.89A，使水泵电耗有了大幅的下降。

以每天排水时间16小时计算，改造后每年至少可节约电量达7万度。

3 结论
在不适宜更换新泵和进行叶轮切削的情况下，采用减少叶轮数目法对离心泵进行改造，可以达到如下效果：
（1）当水泵产生的扬程过大时，采用“减少叶轮数目法”出去富裕扬程，降低水泵扬程曲线，使工况点得到合理调节，提高了水泵的运行效率。

（2）改造后的水泵节约了扬程，使管路效率大幅提高，并且节约电力消耗;
（3）增大了水泵的允许吸上真空度，提高了运行的安全性和经济性。

参考文献：
[1]汪德成.《矿山流体机械》[M].北京：煤炭工业出版社，1993.
[2]陕西煤矿学校.《矿山流体机械》[M].陕西1993年自印.
[3]《煤矿机电》多期杂志[J].。