真空引水罐罐体容积和安装高度的计算

Calculation of Volume of Tank Body and Installation Height for Vacuum W ater Diversion TankCHEN Wang-ping(China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanehang，Jiangxi 33003 1，China)Abstract As one of water diversion devices with non self-priming pumps，vacuum water diversion tank is applied for small-sized centrifugal pump with the advantages of control and cost.According to Boyle s law an d NPSH of centrifugal pump，vome ofvacuum tan k and installation height of tank body are calculated in this paper，meanwhile，the paper summarizes the problems thatshould be paid attention in selection of pump and determination of vume of vacuum tank。

Keywords vacuum water diversion tank；vdume of tan k body；height of instalation离心泵是-种通过叶轮高速转动，产生离心力而使液体的压能、位能和动能得到增加的机具。水在蜗形泵壳中被甩成与泵轴成切向流动，使叶轮中心形成真空，在大气压作用下，将水吸入泵内。

安装离心水泵的泵房，其水泵及吸水管的充水分自灌式与非自灌式两种。其中非自灌式水泵引水方式-般采用有底阀式和无底阀式，利用相应的设备把水灌进水泵壳内或从水泵吸水管把水抽吸上来，从而完成水泵的非自灌式引水过程。常用的几种非 自灌式水泵引水装置的特点和适用条件见表 1。

表 1 几种引水装置的特点和适用条件期 无底阀真空泵引水装置于 暑 篓 尤其适合 十大、中型水泵及放水雷遁较长盯水射器引水装置 适用于小型水泵1)结构简单，体积较大：2)有局限性，水位过低，进水管较长时不适用3)水头损失小；4)引水方便，便于自动控制1)32作可靠性好；2)可自动操作，使用方便；3)成本较高1)结构紧凑，安装占地少；2)制造容易，使用方便；3)效率低收稿 日期 ：2013-03-18作者简介 ：陈旺平(198o.)，男，工程师，主要从事给排水设计工作。

第 3期 真空引水罐罐体容积和安装高度的计算 ·83·从表 1可以看出几种非 自灌式引水方式各有其优缺点。具体选择水泵的引水方式时应参考各类数据 ，并综合考虑水泵的规格形式、适用条件、运行管理要求及造价等诸多因素。小型离心泵可利用水泵允许吸上真空高度的特陛，适度提高水泵的安装高度，以减少泵房埋深，节省土建造价。而真空引水罐在控制、造价等方面都有优势，尤其适用于小型离心泵。

1 真空引水罐的基本构成真空引水罐是由阀门、注水管、罐体、吸水管、溢流管及泵进水管等组成气密性良好的密闭罐体，见图 1。

图 1 引水罐1.罐体；2拄冰 管及阀门；3.吸水管；4.溢流管；5接水泵进水管泵启动前，先开启注水管和溢流管的阀门，向引水罐注入水。随着注入水位的升高，罐内和泵体内空气逐渐被排出。当溢流管口有水流出时，将溢流管和注水管的阀门关闭。泵启动后抽吸水罐的储水，使液面下降，达到-定的负压后，将吸水管下的水不断地吸人罐内，从而保证水泵正常工作。设计时，溢流管口位置应稍低于吸水管上端管口。溢流管的作用是排气和观察注水是否灌满。在溢流管和注水管上均应设置气密性阀Iq[1J。

2 真空引水罐设计计算2.1计算参数工作水温 30 oC；海拔高度 200 m；水泵流量口120 m3/h；水泵汽蚀余量 3 m；水泵吸水管采用焊接钢管，其他数据见图3。

2.2 罐体容积的确定按气体等温变化下的波义耳定律计算。泵启动前、后见图2、图 3。

丝亘 最低液位- 图2 泵启动前图 3 泉届 动后11吸水管内的流速 为： (1)仃d1式中：q为水泵的流量，m3/s；d 为吸水管内径，m。则： ： 1.06 rn/s )0 -21吸水管内的水头损失 为hh1 2九3 (2)式中：h 为沿程损失，hliL。其中，i为管道单位长度的水头损失(水力坡降)，查表得 i0.010 47；L为吸水管总长，m。故 hi0.010 47×(12 52 53)o.094 m。h2为局部水头损失， ∑ 。其中，∑ 为各种接头、弯头等局部阻力系数，吸水喇叭口 -0.19，90弯头(2个)s20.72。故 2(o.190.720.72)去 o.093 m。h3为吸水管的流速水头，h，曩去 0.057 m。

3)泵启动前罐内注满水，罐内气体体积 为VIVyVs (3)·84· 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 34卷式中： 为罐内注满水后溢流管口的上部气体体积，m ；V 为吸水管内气体体积，m3；L为吸水管上端自管口至最低取水水面的吸水管长度，m。计算得1： x0.1.3.14x.0.22×(12.52.53)斗 斗0.302 In4)泵启动后罐内气体压力P2为P2P1-0.01(hhp) (4)式中： 为设计最低水位与引水罐吸水管上 El之间的几何高差，初步设为5.5 m；Pl为罐内气体压力，与罐外大气压相同，即JPl0.101 MPa。计算得P2O.101-0.01x(0.2445.51-O.043 6 MPa5)泵启动后按等温变化下的波义耳定律计算气体体积：： 旦P1 (5)式中：P1为罐外气体压力(大气压)，MPa；P2为罐内气体压力，MPa；V。见公式(3)，ms；V2为泵启动后罐内气体容积，m 。计算得z 0.699 nr水泵启动后，气体 ：引起的液位下降高度 为：HoV2：- ：0.928 m ～ rrx(1 2-0-.22)/4- 则引水罐的净高H-0.9280.20.20.02：1.348 m。

H计算结果小于公式(4)中初步假设值 5.5 m，说明 H：1.348 m计算值满足要求61罐体的设计容积 ： (6)：0.699 ×(0.20.20.02) ×4 40.928 1.058 In2.3罐体的高与直径的关系引水罐体的高与直径之比，可取 1.2～1.8，即f1.2～1.8)D (7)由上述计算结果 H1.348，D1 m，可知满足公式(7)要求。

2.4 引水罐安装高度的确定11引水罐的安装高度应保证不影响水泵正常吸水，通过计算泵的安装高度即可确定罐的安装高度。

水泵的允许安装高度应以最低水位为基准，根据当地大气压、最高水温的饱和蒸汽压，水泵的汽蚀余量和水泵吸水管路的水头损失按下式计算，并应有不小于0.3 m的安全余量f-般采用 0.4～0.6 m)。

ZHs-H -hs-NPSHR-(O.4-0.6) (8)式中：对于卧式泵， 为轴中心与最低水位的高差，m；对于立式泵， 为基准面与最低水位的高差，m；现样本中均无泵基准面的描述，实际需要时应向生产厂家索龋 为水泵安装处的大气压力，in，见表 2。

H 为设计最高水温的饱和蒸汽压力(表 3)，in。h 为水泵吸水管的沿程与局部水头损失之和，m。NPSHR为水泵样本中给出的水泵必需汽蚀余量，取3 m。

表2 不同海拔高程的大气压力2)根据公式(8)及图 3可列出下式：100Pz0.2 -H sNPSHR(0.4～0.6) (9)经过计算 ，水泵吸水管水头损失 hsO.01 0 47x1.5(0.490.17)× 1.06z0.054 m， sNPSHRH -o.2--告Lo.5)/l oo(o.0543O.43-0.2-0.10.5)/1 000.036 84 MPa由公式(9)计算结果可知，只要保证 P2>0.036 84 MPa，则水泵不会发生汽蚀，而公式f4)计算结果为 0.043 6 MPa，故可知图 3安装高度不会发生汽蚀现象。

3 结论综上，真空罐引水装置虽然简单，但在选泵及真空罐容积确定方面要进行正确计算，同时应注意以下问题：11尽量减少吸水高度，在保证水泵能充满水的情况下，尽量降低引水罐的高度。2)i3l水罐宜安装在最靠近水源的地方，减小引水罐吸水管的长度。31引水罐的容积宜大不宜小，决不允许小于设计容积，以保证其吸水能力。此外，罐体必须密封，否则都会影响系统的正常供水。