淺析軸流水泵運行時技術參數的確定

賈博慧 羅鋒俊

（澄城縣水政水資源辦公室 陜西 渭南 715200）

在泵站運行與管理中，為了最大限度發揮水泵運行效益，經常采用多臺水泵并聯形式運行，以使其發揮最大性能。所以說，泵站工程狀況對單臺水泵運行時技術參數的影響顯非常關鍵。本文通過對東雷一級泵站進水流道水位、出水池水位校核，軸流泵葉片安放角度等要素計算，分析了16CJ-80型水泵(轉輪型號為I19的軸流水泵)在東雷一級站運行時的技術參數，旨在為同類水泵運行與管理提供借鑒。

1 東雷抽黃灌溉工程和一級泵站概況

東雷抽黃是利用黃河水源修建的多級高揚程大型電力提灌工程，灌區轄合陽、澄城、大荔及蒲城四縣13個鄉鎮，灌溉面積83萬畝，建有泵站28座，安裝不同類型的泵組133臺，裝機容量為11．86萬kW。其中東雷一級站直接從黃河抽水，是整個灌溉工程的樞紐站，總抽水量60 m3／s，安裝高郵水泵廠生產的16CJ一80型全調節軸流泵7臺、上海水泵廠生產的36ZLB一70型軸流泵2臺。泵站于1975年動工，1979年竣工投運，截止2009年底運行161223臺時，累計抽水26.72億m3，泵站長期高效運行為灌區農業生產提供了穩定的水源。但是隨著泵站長期運行，該站原先安裝的軸流水泵工況逐年下降，已經影響到泵站抗旱灌溉效益的發揮，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軸流泵運行時技術參數的影響成為該站更新改造的關鍵。

表1 東雷一級站進水閘前水位統計分析結果匯總表 (單位：m)

表2 改造后水泵實際性能參數表

表3 葉片安放角β=-2°時的性能參數表

表4 凈揚程計算結果匯總表

表5 東雷一級站各頻率水位下水泵工作點參數表

2 對東雷一級泵站進水流道水位分析

2.1 進水閘前水位統計分析

根據東雷抽黃一級泵站1991年～2008年的閘前河道水位觀測資料，統計32個灌季的閘前水位觀測記錄有1067次，其中：冬灌水位222次，春灌水位513次，夏灌水位323次，考慮到現有觀測資料局限性，故采用累計頻計算法對現有水位資料進行概略分析。經統計計算，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，又東雷抽黃灌區設計灌溉保證率為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，東雷抽黃灌季進水閘前最低水位分別為351.73m、351.34m和351.12m。

2.2 進水流道水位分析

由于一級站進水池無水位實測資料，在此可根據進水閘前水位進行推算。根據現場多年觀察，前池水位較進水閘前水位約低0.30m～0.60m。按最不利情況，取進水閘至進水池間的水頭損失為0.50m，則頻率為50%、80%和95%時，東雷一級泵站進水池水位分別為351.23 m、35 0.84 m、350.62 m。

2.3 出水池水位確定

由于東雷抽黃一級泵站是以黃河為水源的電力提灌工程，工程引水閘設在黃河58號斷面以上1km處，渠首中心線與黃河主流夾角75°。進水閘底板高程比黃河枯水位低4.05 m，比汛期河槽最深點低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足泵站引水要求。又因為黃河水含沙量大，對水泵磨蝕較為嚴重，管理單位在隧洞出口修建三個排沙漏斗，漏斗輸沙道出口底板高程最低為351.50m，由此推算東雷一級站出水池水位應為358m，而出水池實際最高水位356.86m，最低水位356.46m，按最低水位356.46m計，出水池水位應需提高1.54m，以達到水泵正常運行之需要。

3 水泵葉片安放角位確認

東雷一級站水泵經過改造，水泵葉片改為定漿式，其安放角位分別根據《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實驗研究技術鑒定文件》和《陜西東雷一級站現場測試報告》進行分析，改造后的水泵安放角位應該在-4°～0°之間，為了確定改造后水泵的實際安放角，其具體計算方法和過程如下。

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），局部損失主要數值為：進水口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ξ取0.3、出水口ξ取1.0，以上數值因資料有限，局部損失等系數可能與實際稍微有差異，但對其損失計算影響并不大。經過計算得出：h局=0.0197Q2；管路總水頭損失方程為h損=h沿+h局=0.02028Q2。

3.2 分析水泵實際性能曲線

16CJ-80型水泵性能曲線圖來源于2002年4月中國水科院機電研究所對東雷一級站部分改造機組的《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實驗研究技術鑒定文件》，而泵站實際運行測試數據來源于山西泵站現場測試中心提供的《陜西東雷一級站現場測試報告》，水泵測試結果如表2。

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

3.3 結論

將上述三組數據結合多年實測數據與16CJ-80型水泵(性能曲線進行對比分析可以看出：該水泵葉片安放角在-4°～0°之間，接近-2°稍向左偏移)。據此可以判定東雷一級泵站軸流泵水泵實際安放角應該為-2°。

4 泵站出水池水位抬高后水泵工作點校核

4.1 繪制水泵性能曲線

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

4.2 水泵凈揚程計算和工作點的確定

根據上述統計分析結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，其凈揚程如右表：而水泵葉片β=-20時，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。同時根據《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實驗研究技術鑒定文件》和《陜西東雷一級站現場測試報告》相關資料，由水泵性能曲線圖查得各頻率水位下水泵工作點參數如表5。

5 軸流泵技術參數確定和利用

按照排沙漏斗對東雷一級站出水池水位的要求，通過對水泵工作點計算分析認為：該泵駝峰點揚程為8.3m，當P=50%時，實際總揚程為7.73m，富余揚程為0.57m，水泵基本能保證安全運行，但其保證率較低；當P=80%、P=95%時，實際總揚程為8.02m和8.16m，富余揚程僅為0.28m和0.14m，一旦水位稍有不利變化，水泵就可能進入馬鞍形不穩定區運行，出現噪音、振動和斷流等異常現象，效率降低，導致水泵不能正常運行。所以說要對東雷一級站水泵進行改造，即更換水泵轉輪。更換轉輪后水泵的主要參數應滿足下列轉速250r/min，配套功率不超過800kW，水泵揚程為8m，流量為7 m3/s～8m3/s，通過更新改造后的水泵效率能達到76%～85%，這樣以來不僅使軸流水泵發揮最佳效益，也為其并聯運行提供最佳性能。陜西水利