1、吸上式運行水泵引水筒選型設計計算引水筒常用于地面十式安裝水泵抽吸、壓送地下或半地下池內存水，對廢(污)水池 尤為適用。不需設置底閥，不需設置地下泵房，具有免除檢修底閥的麻煩和方便水泵檢修 及節省土建投資的優點；用一段隨水泵流量增大的DN615mm(1/81/2in)耐壓短管將 水泵出水管與引水筒注水管接通后可免除經常補水，能實現一次灌水后，任何時侯啟動水 泵，均能保證正常出水。引水筒的基本結構和系統布置見下圖。引水筒1一筒體；2一謚流管及閥門；3一吸水管4一注水管及閥門；5一接水泵進水管引水筒系統布置1一引水筒2一水池引水筒亦稱真空引水器、引水器，由閥門、注水管、筒體、吸水管、溢流管、水泵進水

2、管等組成氣密性良好的密閉筒體。其運行步驟和工作原理：泵啟動前，先開啟注水管和 溢流管的閥門，向引水筒注水。隨注入水位升高逐漸將筒內和泵體空氣排出。當溢流管口 有水流出時將溢流管和注水管的閥門關閉。泵啟動后抽吸水筒的儲水，使液面下降達到一 定的負壓后，將吸水管下的水不斷地吸入筒內，從而保證水泵正常工作。設計時溢流管口 位置應稍低于吸水管上端管口。溢流管的作用是排氣和觀察注水是否灌滿。在溢流管和注 水管上均應設置氣密性閥門。引水筒體可設計成整體式焊接筒體或加蓋法蘭筒體。筒體結構有平底式和盆底式二種，平底式引水筒常用于50m3 /h以下水泵，盆底式引 水筒常用于20200m3/h水泵。筒體結構形式如

3、下：平底式引水筒1一吸水管；2一筒體；3一注水管及閥門 4謚流管；5接水泵進水管。I_I盆底式引水筒1一筒體；2一液面計；3一謚流管； 4一密封墊片；5一頂蓋；6一吸水管； 7一注水管及閥門；8一接水泵進水管。設計計算舉例水泵供出流量Q =160m3/h，引水筒頂部吸水管出口至最低液面高度A=6m，全進水口水平距離B=6m，計算引水筒主要結構尺寸。采用盆底式引水筒，預設吸水管內流速u =1.3m /s =130cm/s。吸水管內徑d1 =18.8 (Q /u) 05=18.8X(160 /1.3) 0-5 =208.6mm選用219X5(mm)低壓流體輸送用螺旋縫埋孤焊鋼管，內徑d1 = 20

4、9mm = 20.9cm =0.209m。水泵啟動前引水筒內氣體壓力水泵啟動前引水筒內氣體壓力與外界大氣壓力相同：P1 =0.1MPa水泵啟動前氣體體積引水筒頂部吸水管出口處短筒節內直徑d2=0.4m，溢流口下緣至頂蓋距離Hy =0.2m， 吸水管總長L =A+B =6 + 6 =12m。水泵啟動前氣體體積：V1 =0.785 (d 12L+d22H 1 ) = 0.785X(0.2092X12 X 0.42 X 0.2) =0.4366 0.44m3水泵啟動后引水筒內氣體壓力先計算吸水管的總水力損失。總水力損失由沿程損失和局部損失等各項水力損失構成，計算沿程損失要確定沿程阻力系數入，工業上有

5、二種途徑確定入值，一種是以紊流的 半徑為基礎，結合實踐成果，整理成的半經驗公式，另一種是直接根據經驗結果綜合成的 經驗公式，前者具有更為普遍的意義。在圓管流中，不同的流態有不同的入值。在層流區，雷諾數ReV2300,入與相對粗糙度/d無關，只是Re的函數，入=64 /Re ； 在層流變為紊流的過渡區，Re = 20004000，范圍很窄，實用意義不大；在紊流光滑區，4000VReV105，入仍與相對粗糙度/d無關，只是Re的函數，入= 0.31264 /Re025 ；當雷諾數更大，105 VRe V106時，入=2 lgRe入05/ 2.51更為適宜；在光滑紊流向粗糙紊流的紊流過渡區，這一區域

6、內雷諾數范圍：3000VReV106 (亦 有資料介紹為：4000VReV396 (d /s) lg(3.7d /Q )時，1 /入 0.5 =2 lg (2.51/ Re 入 0.5 + /3.7d)；在粗糙紊流區，管道阻力僅是管壁的相對粗糙度的函數，水流阻力與流速的平方成正 比，故亦稱阻力平方區，這一區域內雷諾數Re382 (r 0/s)/入0.5 (r0為通流管的內徑， 亦有資料介紹為：Re396(d /s) lg(3.7d /s) )，1 /入 0.5=2 lg (s/3.7d)。在應用中，半經驗公式1 /入0.5 = 2 lg (2.51/ Re入0.5 +s /3.7d )適用于實

7、用管道 流的紊流光滑區、紊流過渡區、和阻力平方區。式中，對于光滑管，Re偏低，右邊括號 內第一項很大，第二項值相對很小，可以忽略；當Re很大時，式中右邊括號內第一項很 小，可以忽略不計。可作為紊流沿程阻力系數入的綜合計算公式，應用范圍廣，與試驗結 果有良好的符合性。確定吸水時管內水流的流動狀態：水溫10C時水的運動粘度v=0.0131cm2/s，雷諾數：Re = ud1/v =130 X 20.9 /0.0131 =207404.58 =2.074 X 105105 VRe (2.074X105)V106，流動狀態屬紊流過渡區。用半經驗公式1 /入0.5 = 2 lg (2.51/ Re入0.

8、5 +s /3.7d)計算入值需用試差法：即 先預設入值，代入公式右邊，計算后得出的入值與預設值相等或接近就可以了，否則要重 新預設并計算。鋼板卷管管壁的絕對粗糙度 =0.33mm，預設入=0.0231 /入 0.5 = 2 lg2.51/ (2.074X105 X0.0230.5)+0.33 / (3.7X209) =6.59077 入=0.02302； 與預設值接近，采用入=0.023。吸水管沿程阻力損失：h1=XLu2/2gd 1=0.023X12X1.32/ (2X9.8X0.209) =0.113866 Emm吸水管進出口各1個，局部阻力系數：Z1 = Z2= 1，90焊接蝦殼彎頭4

9、個，局部阻力系數：z3= 0.72，吸水管局部阻力損失：h2 = (Z 1+Z2+ 4Z3)u2/ 2g =(1+1+4X0.72)X1.32/(2X9.8) =0.42080.421m吸水管的流速阻力損失：h3= u2/ 2g = 1.32/ (2X9.8) =0.086m總水頭損失：h = h1 + h2+h3=0.114+0.421+0.086 = 0.621m最低水位至吸水管出口垂直距離Hp = A = 6m水泵啟動后引水筒內氣體壓力：P2= P1 -(Hp +h)X0.01 = 0.1-(6+0.621)X0.01 = 0.03379MPa水泵啟動后引水筒內氣體體積用氣態方程(等溫變

10、化下的波義耳定律)計算V2= P1 V1/ P2= 0.1 X 0.44 / 0.03379 = 1.3m3水泵啟動后引水筒內氣體體積V2使筒內液位下降的高度取引水筒內徑Dn= 1.2m,上部橢圓封頭容積V0= 0.24m3 ,引水管外徑d W1 = 0.219m, 引水管在引水筒內長度m =1.4m；泵啟動后液位下降高度：HJ=(V2 -V0)/ O.785 (Dn2 -dW12)=(1.3 - 0.24) / (0.785X(1.22 - 0.2192 ) = 0.971m引水筒直壁高與水泵進水管連接的引水筒出水管在真空狀態下運行，管內流速0.30.7m/s,取管內 流速 0.6m，引水筒

11、出水管內徑：d W2= 18.8 (160 / 0.6 ) 0.5 = 307mm，選用 0324X6 (mm)低壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管；泵啟動后引水筒內出水管不露出水面，仍被 淹沒；出水管外徑下緣離直筒下端H D=0.1m，向內伸致筒體中心后下彎，管口端面距下封 頭內底0.1m，下封頭高H 1 = 0.34m，為防止空氣進入水泵，出水管下端口上方應有足夠 液深，泵啟動后保持筒內出水口下端面上方液深H Y= 0.8m。筒節直壁高：H2= Hj +H y= 1+0.8 = 1.8m高徑比 b = H2/ D n=1.8 / 1.2 =1.5，符合 1.21.8 的經驗值。引水筒總高取下封頭

12、底離地高H 0=0.4m，上封頭高H3= 0.34m，頂部短筒節高H 4=0.25m。總高：H = H 0+H 1 + H2+H3+H 4= 0.4+0.34+1.8 + 0.34+0.2 =3.083.1m壁厚計算方法一:按外壓圓筒要求計算。引水筒運行時筒內壓力P2低于大氣壓，筒外壓力P1等于大氣壓，屬外壓容器，為防 容器失穩變形，按外壓容器設計。容器壁厚按滿足相同直徑內壓容器忍0.3MPa時的最低 剛度要求，預設壁厚S/ =5mm，外徑D0 , = 1210mm，查碳鋼力學性能表，取彈性模 量 E = 2X105 MPa，屈服極限 oS =235MPa。計算臨界長度，并確定圓筒類型。長、短

13、圓筒的臨界長度：Ler= 1.17D/ (D0Z / SJ) 0.5= 1.17X1210X (1210/ 5)0.5= 22023mm短圓筒與剛性圓筒的臨界長度：Le= 1.3ES0Z / tS (D0 / %5)=1.3X2X105 X5/ (235X(1210/ 5) 0.5= 355.6mm上、下封頭直邊高度h Z = 40mm = 0.04m，實際圓筒長度等于筒節直壁高加二個封 頭的直邊高，圓筒長度：L = H2 +2hZ =1800 + 2 X 40=1880mmLer (217500mm) L (1880mm) LJ(357mm)引水筒屬短圓筒，兩端封頭可對筒壁起到支撐作用。工作

14、壓力 PG =P1 - P2 =0.1 - 0.03379 = 0.06621MPa，取設計工作壓力 PG =1.15Pg, =1.15X0.06621 = 0.0761415，取 PG= 0.08MPa，穩定系數(穩定性安全系 數)m = 3。筒體壁厚；SJ = D0，(mPG/2.6EL / D/) 0.4 +C=1210X (3X0.08) / (2.6X2X105)X(1880 / 1210) 0.4 +C= 4.217+CC為壁厚附加量，C = C1 +c2 +c3C1為腐蝕裕量，取C1=1mm ； C2為鋼板厚度負扁差，查表求得C2= 0.5mm； C3為 加工減薄量，冷卷成型C3

15、= 0，熱卷、熱壓成型C3= 0.1S0 (4mm)o圓筒節壁厚附加量C = 1 +0.5+0 = 1.5mm封頭壁厚附加量C = 1+0.5+0.42 = 1.92mm圓筒節計算壁厚 S0，= 4.217+C，= 4.217+1.5 = 5.717mm封頭計算壁厚：S 0 = 4.217 + C = 4.217+1.92 = 6.137取圓筒節壁厚：S 1 = 6mm，封頭壁厚：S 2=7mm。方法二為簡化計算過程，按內壓容器的要求計算。取設計壓力P = 0.2MPa,工作溫度100C時Q235A碳素鋼許用應力o=113MPa, 焊縫單面焊對接焊、不作無損探傷，取焊縫系數=0.6筒體計算壁厚：S0 , =PD./ (2。6PS ) +C=0.2X1200/ (2X113X0.6 0.2)+C = 0.18mm + C為滿足剛度要求，取S0 , = 5mm，壁厚附加量C與上相同圓筒節計算壁厚SJ = 5+1.5 = 6.5mm，封頭計算