淺析軸流水泵運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)的確定

賈博慧 羅鋒俊

（澄城縣水政水資源辦公室 陜西 渭南 715200）

在泵站運(yùn)行與管理中，為了最大限度發(fā)揮水泵運(yùn)行效益，經(jīng)常采用多臺(tái)水泵并聯(lián)形式運(yùn)行，以使其發(fā)揮最大性能。所以說(shuō)，泵站工程狀況對(duì)單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)的影響顯非常關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)東雷一級(jí)泵站進(jìn)水流道水位、出水池水位校核，軸流泵葉片安放角度等要素計(jì)算，分析了16CJ-80型水泵(轉(zhuǎn)輪型號(hào)為I19的軸流水泵)在東雷一級(jí)站運(yùn)行時(shí)的技術(shù)參數(shù)，旨在為同類(lèi)水泵運(yùn)行與管理提供借鑒。

1 東雷抽黃灌溉工程和一級(jí)泵站概況

東雷抽黃是利用黃河水源修建的多級(jí)高揚(yáng)程大型電力提灌工程，灌區(qū)轄合陽(yáng)、澄城、大荔及蒲城四縣13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，灌溉面積83萬(wàn)畝，建有泵站28座，安裝不同類(lèi)型的泵組133臺(tái)，裝機(jī)容量為11．86萬(wàn)kW。其中東雷一級(jí)站直接從黃河抽水，是整個(gè)灌溉工程的樞紐站，總抽水量60 m3／s，安裝高郵水泵廠生產(chǎn)的16CJ一80型全調(diào)節(jié)軸流泵7臺(tái)、上海水泵廠生產(chǎn)的36ZLB一70型軸流泵2臺(tái)。泵站于1975年動(dòng)工，1979年竣工投運(yùn)，截止2009年底運(yùn)行161223臺(tái)時(shí)，累計(jì)抽水26.72億m3，泵站長(zhǎng)期高效運(yùn)行為灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了穩(wěn)定的水源。但是隨著泵站長(zhǎng)期運(yùn)行，該站原先安裝的軸流水泵工況逐年下降，已經(jīng)影響到泵站抗旱灌溉效益的發(fā)揮，加快泵站更新改造刻不容緩，而水泵又是其更新改造的主要部件，研究泵站工程狀況對(duì)軸流泵運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)的影響成為該站更新改造的關(guān)鍵。

表1 東雷一級(jí)站進(jìn)水閘前水位統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果匯總表 (單位：m)

表2 改造后水泵實(shí)際性能參數(shù)表

表3 葉片安放角β=-2°時(shí)的性能參數(shù)表

表4 凈揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果匯總表

表5 東雷一級(jí)站各頻率水位下水泵工作點(diǎn)參數(shù)表

2 對(duì)東雷一級(jí)泵站進(jìn)水流道水位分析

2.1 進(jìn)水閘前水位統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)東雷抽黃一級(jí)泵站1991年～2008年的閘前河道水位觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)32個(gè)灌季的閘前水位觀測(cè)記錄有1067次，其中：冬灌水位222次，春灌水位513次，夏灌水位323次，考慮到現(xiàn)有觀測(cè)資料局限性，故采用累計(jì)頻計(jì)算法對(duì)現(xiàn)有水位資料進(jìn)行概略分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，各灌季分別在50%、75%、80%和95%頻率下的閘前水位分別如表1所示，又東雷抽黃灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉保證率為75%，而75%與80%頻率下的閘前水位接近（僅差0.05m），因此，最低水位分別按50%、80%和95%頻率考慮，東雷抽黃灌季進(jìn)水閘前最低水位分別為351.73m、351.34m和351.12m。

2.2 進(jìn)水流道水位分析

由于一級(jí)站進(jìn)水池?zé)o水位實(shí)測(cè)資料，在此可根據(jù)進(jìn)水閘前水位進(jìn)行推算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多年觀察，前池水位較進(jìn)水閘前水位約低0.30m～0.60m。按最不利情況，取進(jìn)水閘至進(jìn)水池間的水頭損失為0.50m，則頻率為50%、80%和95%時(shí)，東雷一級(jí)泵站進(jìn)水池水位分別為351.23 m、35 0.84 m、350.62 m。

2.3 出水池水位確定

由于東雷抽黃一級(jí)泵站是以黃河為水源的電力提灌工程，工程引水閘設(shè)在黃河58號(hào)斷面以上1km處，渠首中心線與黃河主流夾角75°。進(jìn)水閘底板高程比黃河枯水位低4.05 m，比汛期河槽最深點(diǎn)低3.3 m，能在最不利的黃河低水位甚至是脫流情況下也能滿(mǎn)足泵站引水要求。又因?yàn)辄S河水含沙量大，對(duì)水泵磨蝕較為嚴(yán)重，管理單位在隧洞出口修建三個(gè)排沙漏斗，漏斗輸沙道出口底板高程最低為351.50m，由此推算東雷一級(jí)站出水池水位應(yīng)為358m，而出水池實(shí)際最高水位356.86m，最低水位356.46m，按最低水位356.46m計(jì)，出水池水位應(yīng)需提高1.54m，以達(dá)到水泵正常運(yùn)行之需要。

3 水泵葉片安放角位確認(rèn)

東雷一級(jí)站水泵經(jīng)過(guò)改造，水泵葉片改為定漿式，其安放角位分別根據(jù)《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)鑒定文件》和《陜西東雷一級(jí)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告》進(jìn)行分析，改造后的水泵安放角位應(yīng)該在-4°～0°之間，為了確定改造后水泵的實(shí)際安放角，其具體計(jì)算方法和過(guò)程如下。

3.1 管道水頭損失

沿程水頭損失為h沿=10.29(n2L/d5.33)Q2，其中：鋼管糙率n取0.015，管道直徑d=1.8m，管道長(zhǎng)度 L=5.7m，則：h沿=0.000575Q2；局部水頭損失為 h局=0.183ξ局（Q2/d4），局部損失主要數(shù)值為：進(jìn)水口ξ取0.3、肘管按光滑90°彎管ξ取0.44、60°彎管ξ取0.295、伸縮節(jié)ξ取0.3、出水口ξ取1.0，以上數(shù)值因資料有限，局部損失等系數(shù)可能與實(shí)際稍微有差異，但對(duì)其損失計(jì)算影響并不大。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出：h局=0.0197Q2；管路總水頭損失方程為h損=h沿+h局=0.02028Q2。

3.2 分析水泵實(shí)際性能曲線

16CJ-80型水泵性能曲線圖來(lái)源于2002年4月中國(guó)水科院機(jī)電研究所對(duì)東雷一級(jí)站部分改造機(jī)組的《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)鑒定文件》，而泵站實(shí)際運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)源于山西泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中心提供的《陜西東雷一級(jí)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告》，水泵測(cè)試結(jié)果如表2。

當(dāng) H凈=4.729m、Q=8.3037m3/s時(shí)，按 h損=SQ2=0.02028Q2=0.02028×8.30372=1.398m；h總=4.729+1.398=6.127m，當(dāng) H凈=5.004m、Q=8.007m3/s時(shí)，h總=6.304m;當(dāng) H凈=5.59m、Q=7.5961m3/s時(shí),h總=6.760m。

3.3 結(jié)論

將上述三組數(shù)據(jù)結(jié)合多年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與16CJ-80型水泵(性能曲線進(jìn)行對(duì)比分析可以看出：該水泵葉片安放角在-4°～0°之間，接近-2°稍向左偏移)。據(jù)此可以判定東雷一級(jí)泵站軸流泵水泵實(shí)際安放角應(yīng)該為-2°。

4 泵站出水池水位抬高后水泵工作點(diǎn)校核

4.1 繪制水泵性能曲線

東雷一級(jí)站水泵的性能曲線是在中國(guó)水科院機(jī)電研究所提供的I19型軸流泵轉(zhuǎn)輪（ns=680）和與之配套的C23型導(dǎo)葉水力模型的性能曲線圖基礎(chǔ)上，根據(jù)改造泵提供的性能參數(shù)，繪制出安放角在-2°時(shí)的性能曲線。也根據(jù)其曲線推算出該泵葉片安放角β=-2°時(shí)，水泵性能和參數(shù)范圍如表4。

4.2 水泵凈揚(yáng)程計(jì)算和工作點(diǎn)的確定

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和出水池水位和其水池水位推算，泵站分別在50%、80%和95%頻率水位下，其凈揚(yáng)程如右表：而水泵葉片β=-20時(shí)，管路損失曲線分別為：H凈50%=6.77m、H凈80%=7.16m、H凈，95%=7.38m和h損=0.02028Q2。同時(shí)根據(jù)《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)鑒定文件》和《陜西東雷一級(jí)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告》相關(guān)資料，由水泵性能曲線圖查得各頻率水位下水泵工作點(diǎn)參數(shù)如表5。

5 軸流泵技術(shù)參數(shù)確定和利用

按照排沙漏斗對(duì)東雷一級(jí)站出水池水位的要求，通過(guò)對(duì)水泵工作點(diǎn)計(jì)算分析認(rèn)為：該泵駝峰點(diǎn)揚(yáng)程為8.3m，當(dāng)P=50%時(shí)，實(shí)際總揚(yáng)程為7.73m，富余揚(yáng)程為0.57m，水泵基本能保證安全運(yùn)行，但其保證率較低；當(dāng)P=80%、P=95%時(shí)，實(shí)際總揚(yáng)程為8.02m和8.16m，富余揚(yáng)程僅為0.28m和0.14m，一旦水位稍有不利變化，水泵就可能進(jìn)入馬鞍形不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行，出現(xiàn)噪音、振動(dòng)和斷流等異?，F(xiàn)象，效率降低，導(dǎo)致水泵不能正常運(yùn)行。所以說(shuō)要對(duì)東雷一級(jí)站水泵進(jìn)行改造，即更換水泵轉(zhuǎn)輪。更換轉(zhuǎn)輪后水泵的主要參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足下列轉(zhuǎn)速250r/min，配套功率不超過(guò)800kW，水泵揚(yáng)程為8m，流量為7 m3/s～8m3/s，通過(guò)更新改造后的水泵效率能達(dá)到76%～85%，這樣以來(lái)不僅使軸流水泵發(fā)揮最佳效益，也為其并聯(lián)運(yùn)行提供最佳性能。陜西水利