大型低扬程泵装置型式的量化比选方法

摘要

本发明公开了大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，属于水利工程泵站技术领域。该方法的特征是：将大型低扬程泵装置型式的比选问题分解为泵装置和泵站两个方面，根据8种型式低扬程泵装置的基本特点对其提出6项评价指标；根据对低扬程泵装置的多年研究成果给出或计算所述6项指标的分值；根据具体泵站的要求给出或计算与所述6项指标相对应的权重；针对某一种型式的泵装置，计算其加权总分；逐一计算所述8种型式泵装置的加权总分；根据计算所得加权总分的高低确定所述泵站最合理的泵装置型式。本发明提供的方法简单、操作性强，对于低扬程泵站选择最合理的泵装置型式、保证泵站建设和管理的高水平具有十分重要意义。

权利要求

1.大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将大型低扬程泵站泵装置型式的量化比选问题分解为泵装置和泵站两个方面；

(2)将可供大型低扬程泵站选用的泵装置型式灯泡式贯流泵装置、竖井式贯流泵装置、卧式立面S轴伸泵装置、斜15°轴伸泵装置、斜30°轴伸泵装置、斜45°轴伸泵装置、第一立式轴流泵装置和第二立式轴流泵装置依次编号为泵装置1(i＝1)、泵装置2(i＝2)、泵装置3(i＝3)、泵装置4(i＝4)、泵装置5(i＝5)、泵装置6(i＝6)、泵装置7(i＝7)和泵装置8(i＝8)，所述第一立式轴流泵装置采用肘形进水流道和虹吸式出水流道，所述第二立式轴流泵装置采用肘形进水流道和低驼峰式出水流道；

(3)根据拟应用本发明的泵站设计扬程H(m)和单泵设计流量Q(m3/s)，采用常规方法对所述8种型式泵装置分别进行水泵选型，选型内容包括：确定与泵装置型式相对应的水泵模型的型号及其叶轮直径Di(m)、转速ni(r/min)；

(4)根据所述水泵选型结果和所述泵站的水位条件，对每种型式的泵装置方案分别进行站身立面图布置；

(5)根据大型泵站低扬程泵装置的基本特点对其提出6项评价指标：可靠性、泵装置空化性能、泵装置能量性能、单位流量投资、安装检修、运行管理；

(6)给出或计算所述各种型式泵装置6项评价指标的分值；

(7)根据所述泵站的具体要求并结合泵装置的选型结果，给出或计算与所述6项评价指标相对应的权重；

(8)针对某一种型式的泵装置，逐一将各指标的分值与权重相乘计算其加权得分，并对所述6项评价指标的加权得分求和得到该型式泵装置的加权总分；

(9)逐一计算8种型式泵装置的加权总分；

(10)按计算得到的加权总分将所述8种型式泵装置由高到低进行排序，取其最高者为所述泵站最合适的泵装置型式。

2.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，其特征是，所述8种型式泵装置6项评价指标的分值列于表1，表1 8种型式大型低扬程泵装置各项评价指标的分值

。

3.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，其特征是，所述泵装置空化性能指标的分值计算式为  (i＝1，2，……，8)，

式中，(NPSHc)i、ni和Di(i＝1，2，……，8)分别为拟应用本发明的泵站采用第i种型式的泵装置时的水泵临界空化余量、水泵转速和水泵叶轮直径。

4.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，其特征是，所述泵装置能量性能指标分值的计算式为  (i＝1，2，……，8)

式中，(η水泵)i和(η传动)i分别为第i个泵装置的水泵效率和传动效率，(Δh流道)i为第i个泵装置的流道水头损失，其计算式为  (i＝1，2，……，8)

式中，ξi为第i种型式泵装置的流道水头损失系数。

5.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，其特征是，所述6项评价指标相对应的权重分别为：(1)可靠性的权重w1＝1.0；(2)泵装置空化性能的权重 w2＝

0.5；(3)泵装置能量性能的权重 式中，T为拟应用本发明的泵站的年平均运行的小时数；(4)工程投资的权重w4＝1-w3；(5)安装检修的权重w5＝0.25；(6)运行管理的权重w6＝0.15。

说明书

大型低扬程泵装置型式的量化比选方法

技术领域

[0001] 本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及大型低扬程泵装置型式的比选方法，主要用于大型低扬程泵站对多种泵装置型式进行量化比较，为确定最合理的泵装置型式提供科学依据。

背景技术

[0002] 大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、经济发展影响重大的领域。大型低扬程泵站有多种各具特点的泵装置型式，如：卧式安装的灯泡式或竖井式贯流泵装置、与水平面成不同倾斜角度安装的轴伸泵装置、立式安装的具有不同型式进出水流道的轴流泵装置等；另一方面，不同的低扬程泵站又具有不同的条件和要求，如：泵站的重要性、进出水池的水位、年运行时数等，因而对泵装置型式的选择需进行多方面的考虑。泵装置型式的合理选择对泵站的可靠性、投资、运行管理的经济性等都有很大影响。现有低扬程泵装置型式的比选采用较为简单的定性方法，比选过程带有较大的主观任意性，因此难以选出最合理的泵装置型式，影响到泵站设计、建设和管理水平的提高。

发明内容

[0003] 本发明的目的就是针对上述方法的缺陷，在对各种型式的低扬程泵装置进行充分研究的基础上，提供一种大型低扬程泵装置的量化比选方法，用于科学合理地确定大型低扬程泵站的泵装置型式。

[0004] 本发明的特征是：将大型低扬程泵装置型式的比选问题分解为泵装置和泵站两个方面，根据8种型式低扬程泵装置的基本特点对其提出6项评价指标；根据对低扬程泵装置的多年研究成果给出或计算所述6项指标的分值；根据具体泵站的要求给出或计算与所述6项指标相对应的权重；针对某一种型式的泵装置，逐一将各指标的分值与权重相乘计算各指标的加权得分，并对所述6项指标的加权得分求和得到该型式泵装置的加权总分；逐一计算各种型式泵装置的加权总分；根据计算所得加权总分的高低确定所述泵站最合理的泵装置型式。本发明提供的比选方法简单、操作性强，对于低扬程泵站选择最合理的泵装置型式、保证泵站建设和管理的高水平具有十分重要意义。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，大型低扬程泵装置型式的量化比选方法，包括以下步骤：

[0006] 1.将大型低扬程泵站泵装置型式的量化比选问题分解为泵装置和泵站两个方面；

[0007] 2.将可供大型低扬程泵站选用的泵装置型式灯泡式贯流泵装置、竖井式贯流泵装置、卧式立面S轴伸泵装置、斜15°轴伸泵装置、斜30°轴伸泵装置、斜45°轴伸泵装置、第一立式轴流泵装置和第二立式轴流泵装置依次编号为泵装置1(i＝1)、泵装置2(i＝2)、泵装置3(i＝3)、泵装置4(i＝4)、泵装置5(i＝5)、泵装置6(i＝6)、泵装置7(i＝7)和泵装置8(i＝8)，所述第一立式轴流泵装置采用肘形进水流道和虹吸式出水流道，所述第二立式轴流泵装置采用肘形进水流道和低驼峰式出水流道；

[0008] 3.根据拟应用本发明的泵站设计扬程H(m)和单泵设计流量Q(m3/s)，采用常规方法对所述8种型式泵装置分别进行水泵选型，选型内容包括：确定与泵装置型式相对应的水泵模型的型号及其叶轮直径Di(m)、转速ni(r/min)；

[0009] 4.根据所述水泵选型结果和所述泵站的水位条件，对每种型式的泵装置方案分别进行站身立面图布置；

[0010] 5.根据大型泵站低扬程泵装置的基本特点对其提出6项评价指标：可靠性、泵装置空化性能、泵装置能量性能、单位流量投资、安装检修、运行管理；

[0011] 6.给出或计算所述各种型式泵装置6项评价指标的分值；

[0012] 7.根据所述泵站的具体要求并结合泵装置的选型结果，给出或计算与所述6项评价指标相对应的权重；

[0013] 8.针对某一种型式的泵装置，逐一将各指标的分值与权重相乘计算其加权得分，并对所述6项评价指标的加权得分求和得到该型式泵装置的加权总分；

[0014] 9.逐一计算8种型式泵装置的加权总分；

[0015] 10.按计算得到的加权总分将所述8种型式泵装置由高到低进行排序，取其最高者为所述泵站最合适的泵装置型式。

[0016] 优选的，所述8种型式泵装置6项评价指标的分值列于表1，

[0017] 表1  8种型式大型低扬程泵装置各项评价指标的分值

[0018]

[0019] 优选的，所述泵装置空化性能指标的分值计算式为

[0020]

[0021] 式中，(NPSHc)i、ni和Di(i＝1，2，……，8)分别为拟应用本发明的泵站采用第i种型式的泵装置时的水泵临界空化余量、水泵转速和水泵叶轮直径。

[0022] 优选的，所述泵装置能量性能指标分值的计算式为

[0023]

[0024] 式中，(η水泵)i和(η传动)i分别为第i个泵装置的水泵效率和传动效率，(Δh流道)i为第i个泵装置的流道水头损失，其计算式为

[0025]

[0026] 式中，ξi为第i种型式泵装置的流道水头损失系数。

[0027] 优选的，所述6项评价指标相对应的权重分别为：(1)可靠性的权重w1＝1.0；(2)泵装置空化性能的权重w2＝0.5；(3)泵装置能量性能的权重 式中，T为拟应用本发明的泵站的年平均运行的小时数；(4)工程投资的权重w4＝1-w3；(5)安装检修的权重w5＝
0.25；(6)运行管理的权重w6＝0.15。

[0028] 本发明的目的是这样实现的：

[0029] 1.将灯泡式贯流泵装置、竖井式贯流泵装置、卧式立面S前轴伸泵装置、斜15°轴伸泵装置、斜30°轴伸泵装置、斜45°轴伸泵装置、第一立式轴流泵装置和第二立式轴流泵装置依次编号为泵装置1(i＝1)、泵装置2(i＝2)、泵装置3(i＝3)、泵装置4(i＝4)、泵装置5(i＝5)、泵装置6(i＝6)、泵装置7(i＝7)和泵装置8(i＝8)，所述第一立式轴流泵装置采用肘形进水流道和虹吸式出水流道，所述第二立式轴流泵装置采用肘形进水流道和低驼峰式出水流道；

[0030] 2.将大型低扬程泵装置的6项评价指标顺序编号为：①可靠性(j＝1)，②泵装置空化性能(j＝2)，③泵装置能量性能(j＝3)，④单位流量投资(j＝4)，⑤安装检修(j＝5)，⑥运行管理(j＝6)；

[0031] 3.根据拟应用本发明的泵站设计扬程H(m)和单泵设计流量Q(m3/s)，采用常规方法对所述8种型式泵装置分别进行水泵选型，选型内容包括：确定与泵装置型式相对应的水泵模型的型号及其叶轮直径Di(m)、转速ni(r/min)；

[0032] 4.根据所述选型结果和所述泵站的水位条件，对所述8种型式的泵装置方案分别进行站身立面图布置；

[0033] 5.根据所述选型结果和站身立面图布置情况，逐一列出所述泵站采用不同型式泵装置时的空化性能和能量性能等有关参数(见表2)；

[0034] 表2  所述泵站采用不同型式泵装置时的空化性能和能量性能有关参数

[0035]

[0036]

[0037] 表2中的BXi、ni、Di、(NPSHc)i、(η水泵)i、(η传动)i和(Δh流道)i(i＝1，2，……，8)分别为所述泵站采用第i种型式的泵装置时的水泵模型型号、水泵转速、水泵叶轮直径、水泵临界空化余量、水泵效率、传动效率和设计流量时的流道水头损失；采用直接传动的泵装置传动效率为100％，采用间接传动的泵装置传动效率为97％；流道水头损失(Δh流道)i＝ξiQ2，ξi为第i种型式的泵装置的流道水头损失系数(见表3)；

[0038] 表3  8种型式低扬程泵装置的流道水头损失系数

[0039]

[0040] 6.根据对低扬程泵装置的多年研究成果，所述8种型式泵装置的可靠性、单位流量投资、安装检修和运行管理等4项指标的分值Pi1、Pi4、Pi5和Pi6见表1；泵装置空化性能指标和能量性能指标的分值计算式为

[0041] (1)泵装置空化性能指标的分值

[0042]

[0043] (2)泵装置能量性能指标的分值

[0044]

[0045] 式中，(η水泵)i和(η传动)i分别为第i个泵装置的水泵效率和传动效率，(Δh流道)i为第i个泵装置的流道水头损失，其计算式为

[0046]

[0047] 式中，ξi为第i种型式泵装置的流道水头损失系数；

[0048] 7.根据所述泵站的具体条件和要求(如：可靠性、进水池水位、出水池水位、年运行时数等)给出或计算与所述6项指标相对应的权重wj(j＝1，2，……，6)：

[0049] (1)可靠性的权重w1＝1.0；

[0050] (2)泵装置空化性能的权重w2＝0.5；

[0051] (3)泵装置能量性能的权重

[0052] 式中，T为所述泵站年平均运行的小时数；

[0053] (4)单位流量投资的权重w4＝1-w3；

[0054] (5)安装检修的权重w5＝0.25；

[0055] (6)运行管理的权重w6＝0.15；

[0056] 8.针对第i种型式的泵装置，逐一将各指标的pij与wj相乘，并对所述6项指标的加权得分wjpij求和，计算该型式泵装置的加权总分

[0057] 9.逐一计算所述8种型式泵装置的加权总分

[0058] 10.将上述计算得到的8种型式泵装置的加权总分Si(i＝1，2，……，8)按高低排序，取其最高者为所述泵站最合理的泵装置型式。

[0059] 与现有方法相比，本发明具有以下有益效果：

[0060] 第一，选择最合理的泵装置型式，对于大型低扬程泵站的设计和建设水平具有决定性影响，本发明可克服现有简单定性方法的主观任意性，在对各种型式的低扬程泵装置进行充分细致量化比较研究的基础上，科学合理地确定大型低扬程泵站的泵装置型式，对于设计和建设高水平的大型低扬程泵站具有非常重要的意义。

[0061] 第二，在应用本发明进行泵装置型式比选的过程中，根据泵站的条件及要求，对泵装置的可靠性、空化性能、能量性能、工程投资、安装检修、运行管理等6个主要方面都进行了仔细考虑和量化计算，不仅为可研阶段泵装置型式的比选提供了全面、详实的数据，而且为下阶段的泵站初步设计提供了重要依据。

[0062] 第三，应用本发明对泵装置进行的量化计算涉及较多与泵装置有关的泵站设计中的具体问题，对在可研阶段较早地发现和处理泵站设计中潜在的问题十分有利，这是现有方法难以做到的。

附图说明

[0063] 图1是本发明实施例灯泡式贯流泵装置立面布置图。

[0064] 图2是本发明实施例竖井式贯流泵装置立面布置图。

[0065] 图3是本发明实施例卧式立面S前轴伸泵装置立面布置图。

[0066] 图4是本发明实施例斜15°轴伸泵装置立面布置图。

[0067] 图5是本发明实施例斜30°轴伸泵装置立面布置图。

[0068] 图6是本发明实施例斜45°轴伸泵装置立面布置图。

[0069] 图7是本发明实施例立式轴流泵装置(肘形进水流道、虹吸式出水流道)立面布置图。

[0070] 图8是本发明实施例立式轴流泵装置(肘形进水流道、低驼峰式出水流道)立面布置图。

具体实施方式

[0071] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

[0072] 实施例：

[0073] 某大型低扬程泵站设计扬程H＝2.5m，单泵设计流量Q＝33.5m3/s，年平均运行时间 T ＝ 5 00 0 h ，进 水 池 最 低 运 行 水 位 为 出 水 池 最 低 运 行 水 位[0074] 应用本发明对所述泵站进行泵装置型式量化比选的步骤如下：

[0075] (1)根据所述泵站的设计参数：设计扬程H＝2.5m、单泵设计流量Q＝33.5m3/s，采用常规方法针对所述8种型式泵装置分别进行水泵选型，选型结果列于表4；

[0076] (2)依次对所述8种型式泵装置的方案进行站身立面图布置，所得结果分别示于图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8；

[0077] (3)逐一将所述泵站采用不同型式泵装置时的空化性能和能量性能有关参数列入表4；

[0078] 表4  所述泵站采用不同型式泵装置时的空化性能和能量性能有关参数

[0079]

[0080] (4)根据对低扬程泵装置的多年研究成果，给出所述8种型式泵装置的可靠性、单位流量投资、安装检修和运行管理等4项指标的分值Pi1、Pi4、Pi5和Pi6(i＝1，2，……，8)列于表5；

[0081] 根据所述泵站对8种型式泵装置的水泵选型结果及相应的水泵临界空化余量，依次按式 计算各型式泵装置空化性能指标的分值Pi2，计算结果列于表5；

[0082] 根据所述泵站对8种型式泵装置的水泵选型结果及相应的水泵效率(η水泵)i、传动效 率 ( η 传 动 ) i 和 流 道 水 头 损 失 ( Δ h 流 道 ) i ，依 次 按 式计算各型式泵装置能量性能指标的分
值Pi3，计算结果列于表5；

[0083] 表5  所述泵站8种型式泵装置各项评价指标的分值

[0084]

[0085] (5)根据所述泵站的要求给出可靠性、空化性能、安装检修和运行管理等4项评价指标的权重w1、w2、w5和w6(见表6)；

[0086] 所述泵站年平均运行时间T＝5000h，按式 计算泵装置能量性能指标的权重 按式w4＝1-w3计算单位流量投资指标的权重w4＝0.43；计算结果列
于表6；

[0087] 表6  所述泵站泵装置型式比选的各项评价指标的权重

[0088]评价指标 可靠性 空化性能 能量性能 单位流量投资 安装检修 运行管理

[0089]权重wj 1.0 0.5 0.57 0.43 0.25 0.15

[0090] (6)按式 逐一计算所述8种型式泵装置的加权总分，计算结果列于表7；

[0091] 表7  所述泵站8种型式泵装置加权总分计算结果

[0092]

[0093] (7)将第(6)步骤计算得到的加权总分Si(i＝1，2，……，8)按得分高低排序，结果列于表8；

[0094] 表8  所述泵站8种型式泵装置按加权总分由高到低的排序结果

[0095]

[0096] (8)泵装置2为竖井式贯流泵装置，其加权总分最高，将其确定为所述泵站最适宜采用的泵装置型式。