南水北調(diào)泗陽(yáng)站水泵性能偏差的原因分析及對(duì)策

韓宏舉 潘衛(wèi)鋒

（1.江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800；2.江蘇省南水北調(diào)泗陽(yáng)站工程建設(shè)處，江蘇 宿遷 223700）

泗陽(yáng)站是南水北調(diào)東線多級(jí)提水系統(tǒng)的第四梯級(jí)，位于江蘇省泗陽(yáng)縣縣城東南約3 km 處的中運(yùn)河輸水線上，泵站共安裝6臺(tái)液壓全調(diào)節(jié)立式軸流泵（含1臺(tái)備用），配6臺(tái)功率為3000 kW 的同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程6.30 m，平均凈揚(yáng)程5.55 m，單泵設(shè)計(jì)流量33 m3/s，調(diào)水規(guī)模164 m3/s。本工程于2009年底開(kāi)工建設(shè)，2012年5月通過(guò)機(jī)組試運(yùn)行驗(yàn)收，2013年5月、10月，泗陽(yáng)站工程建設(shè)處組織人員采用“無(wú)線式聲學(xué)多普勒流速剖面儀（走航式ADCP）”測(cè)速的方法，分別對(duì)原型泵的性能進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果顯示：泵站的單臺(tái)機(jī)組流量與通過(guò)模型裝置試驗(yàn)相似換算的流量有一定的偏差。為此，筆者對(duì)造成水泵性能偏差的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理措施和對(duì)策。

1 測(cè)量數(shù)據(jù)與整理分析

1.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)

2013年5月和10月兩次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的成果統(tǒng)計(jì)分別見(jiàn)表1、表2。

1.2 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的整理及分析

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的過(guò)程中，計(jì)算水位差時(shí)沒(méi)有計(jì)入攔污柵、門(mén)槽、測(cè)流點(diǎn)與泵站間的水頭損失。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)將上述幾處的水頭損失按0.3 m 計(jì)入損失后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)整理見(jiàn)表3 和表4。

（2）性能曲線分析

考慮影響測(cè)量成果的各種因素，將整理后的數(shù)據(jù)繪制在相似換算的原型泵裝置性能曲線圖中，見(jiàn)圖1。性能曲線說(shuō)明：

①圖1 性能曲線是依據(jù)模型泵裝置性能曲線經(jīng)過(guò)相似換算得到。據(jù)點(diǎn)，符號(hào)為第二次測(cè)流數(shù)據(jù)

表1 第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（2013年5月）

表2 第二次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（2013年10月）

表3 第一次檢測(cè)成果整理后的統(tǒng)計(jì)表

表4 第二次檢測(cè)成果整理后的統(tǒng)計(jì)表

圖1 原型泵裝置性能曲線

③-6°～-12°性能為依據(jù)測(cè)試-4°～+4°之間的規(guī)律所推測(cè)繪制出來(lái)的，用于與實(shí)泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能對(duì)比時(shí)參考。

④合同規(guī)定的性能：流量Q=33 m3/s，揚(yáng)程H=6.3 m。

⑤合同要求的性能需要水泵運(yùn)行在0°，第一次測(cè)量的性能數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的原型泵標(biāo)記角度+2°，與換算原型泵裝置性能曲線的角度+2°相差約7°～8°左右；第二次測(cè)量的性能數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的原型泵標(biāo)記角度與換算原型泵裝置性能曲線的角度性能相差約3°～4°。

⑥從測(cè)量數(shù)據(jù)看，原型泵的裝置效率與模型裝置試驗(yàn)報(bào)告中的裝置效率相符，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能點(diǎn)的性能對(duì)應(yīng)的功率1500～2100 kW 也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于配套電機(jī)的額定功率3000 kW。

2 造成性能偏差的原因分析

從第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)看，測(cè)量的機(jī)組有1#、3#、4#、5#、6#，并有單臺(tái)或組合機(jī)組不同運(yùn)行角度的運(yùn)行參數(shù)，測(cè)試的流量參數(shù)無(wú)明顯異常，基本上可以判定流量的偏差不是因?yàn)樵捅脵C(jī)組的葉片角度安裝錯(cuò)誤所導(dǎo)致。

依據(jù)第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量性能與相似換算原型泵裝置性能曲線推測(cè)，向正角度調(diào)整5°后，測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)與換算原型泵裝置性能曲線的角度性能相差約2°～3°。而第二次測(cè)量的數(shù)據(jù)與換算原型泵裝置性能曲線也有一定的偏差，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定性能與相似換算偏差約3°～4°，所以?xún)纱螠y(cè)量數(shù)據(jù)與試驗(yàn)換算性能相比，測(cè)量偏差約1°，對(duì)應(yīng)流量約1.5 m3/s。

綜上分析，可以認(rèn)為造成流量偏差的主要原因是模型泵裝置試驗(yàn)的葉片安放角與原型泵的葉片安放角出現(xiàn)了偏差，而造成模型泵裝置試驗(yàn)的葉片安放角與原型泵的葉片安放角出現(xiàn)了偏差的可能原因是模型裝置的安裝調(diào)試及試驗(yàn)角度的調(diào)整主要由第三方進(jìn)行，水泵安裝沒(méi)有進(jìn)行0°葉片高差的復(fù)核確認(rèn)（間接測(cè)量葉片安放角的方法）和各試驗(yàn)葉片角度的復(fù)核確認(rèn)，導(dǎo)致模型裝置試驗(yàn)時(shí)，模型泵設(shè)計(jì)0°葉片安放角的進(jìn)出水邊最大外緣高度差與試驗(yàn)標(biāo)稱(chēng)0°的高度差不一致，進(jìn)而導(dǎo)致在原型泵設(shè)計(jì)時(shí)，在相同公稱(chēng)葉片安放角度下，原型葉片的高差與試驗(yàn)時(shí)的葉片高差不一致，而原型泵的其余角度又均是以0°為基準(zhǔn)確定的，故造成原型泵的各角度與試驗(yàn)曲線整體偏移。

3 對(duì)策措施

3.1 近期對(duì)策

依據(jù)原型泵的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)可運(yùn)行角度范圍為-6°～+4°，根據(jù)原型泵實(shí)物，最大正向角度可以達(dá)到+5.5°，為了保證機(jī)組的安全，最大向正角度調(diào)整5°，即將水泵葉片安放角向正角度調(diào)整后運(yùn)行。

根據(jù)《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1 級(jí)和2 級(jí)》（GB/T 3216-2005）的規(guī)定，制造偏差引起的流量容差系數(shù)為±8%，流量測(cè)量方式方法引起的容差系數(shù)為±6%。

依據(jù)第二次的測(cè)量數(shù)據(jù)，流量值仍偏小3.5 m3/s 左右，與合同要求設(shè)計(jì)流量33 m3/s 負(fù)偏差約10.6%，但在規(guī)定制造容差系數(shù)±8%和測(cè)定方式方法容差系數(shù)±6%的綜合容差范圍內(nèi)。

上述綜合容差范圍確定，是依據(jù)GB/T 3216-2005 中“ISO 引言”部分：“本標(biāo)準(zhǔn)系合并和代替前驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)ISO3555：1977（對(duì)應(yīng)本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的1級(jí)）和ISO2548：1975（對(duì)應(yīng)本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的2 級(jí)），但在保證的證實(shí)上有一個(gè)重要的改變，因?yàn)闇y(cè)量的不確定度不應(yīng)該影響泵的合格性，容差僅是考慮制造上的差異而給?！?/p>

3.2 遠(yuǎn)期對(duì)策

初步改造方案：根據(jù)已有的結(jié)構(gòu)，向正角度調(diào)整5°后，已沒(méi)有正角度調(diào)節(jié)余量，而負(fù)角度范圍達(dá)到11°，從最小改造量考慮，在大修時(shí)，理論上只要對(duì)葉片操作機(jī)構(gòu)中與行程有關(guān)的零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、制作更換即可。

綜上分析，現(xiàn)活塞位置已處在最大正角度，若正角度再增加5°，可通過(guò)活塞向負(fù)角度移動(dòng)5°（即初始設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)稱(chēng)0°），而保證現(xiàn)葉片角度不變即可。為了保證現(xiàn)葉片角度不變，只需要增加連桿（耳柄）的長(zhǎng)度，為了保證改造后葉片調(diào)節(jié)時(shí)，不增加操作油壓，則需要綜合考慮葉片操作機(jī)構(gòu)中與行程有關(guān)的零件的結(jié)構(gòu)。最小改造量的理論計(jì)算：原設(shè)計(jì)行程與角度對(duì)應(yīng)關(guān)系約4.2 mm/度。以第二次測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)，保證正向角度2°的備用角度，則只要正向增加5°即可，對(duì)應(yīng)的行程約為21 mm。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的參數(shù)，向正角度調(diào)節(jié)再增加5°，配用功率上也是滿足的。

4 結(jié)論

（1）南水北調(diào)東線泗陽(yáng)站立式軸流泵模型裝置驗(yàn)收試驗(yàn)表明，本站水泵裝置在不同工況下的各項(xiàng)特性指標(biāo)均達(dá)到合同要求，真機(jī)試運(yùn)行效率基本滿足要求，但流量有一定的偏差，將葉片設(shè)計(jì)角度調(diào)為+5°可以滿足設(shè)計(jì)流量要求，且經(jīng)過(guò)葉片向正角度調(diào)整5°后，性能符合規(guī)定要求。

（2）為了優(yōu)化和滿足將來(lái)可能低揚(yáng)程、更大流量運(yùn)行的需要，考慮到調(diào)整后無(wú)正角度可調(diào)的情況，在泵站大修時(shí)，建議由水泵廠家提供優(yōu)化方案進(jìn)行改造。