軸流泵站技術(shù)參數(shù)的確定及分析

何 源

(佛山市樵桑聯(lián)圍南海區(qū)管理所，廣東 佛山528211)

隨著我國社會經(jīng)濟建設(shè)步伐的加快，國家加大了對城鄉(xiāng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度，水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)量日益增加。 泵站作為水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，擔負著農(nóng)田灌溉、供水和蓄水等重任，在改善城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟發(fā)展和提高人們物質(zhì)生活水平方面發(fā)揮著不可替代的作用。但是，許多泵站的水泵由于受到運行年限長、操作不當、設(shè)備老化等因素的影響，水泵工況出現(xiàn)逐年下降的情況，這不僅影響到泵站抗旱灌溉效益的發(fā)揮，而且也會給農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來諸多不利的因素。 而泵站是泵站重要的水利樞紐設(shè)備，加快泵站水泵的更新改造顯得刻不容緩。同時，加強研究軸流泵站技術(shù)參數(shù)的確定工作，對泵站以后的有效運作具有重要的意義。

1 灌溉工程和一級泵站概況

某高揚程電力排灌工程的灌區(qū)，灌溉面積83 萬畝，建有泵站12座，安裝不同類型的泵組133 臺，裝機容量為11.86 萬kW，總抽水量60m3/s，安裝16CJ-80 型全調(diào)節(jié)軸流泵7 臺、36ZLB-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(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了穩(wěn)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(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軸流泵運行時技術(shù)參數(shù)的影響成為該站更新改造的關(guān)鍵。

2 對一級泵站進水流道水位分析

2.1 進水閘前水位統(tǒng)計分析

根據(jù)一級泵站1991 年～2008 年的閘前河道水位觀測資料， 統(tǒng)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(xiàn)有觀測資料局限性，故采用累計頻計算法對現(xiàn)有水位資料進行概略分析。 經(jīng)統(tǒng)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，灌區(qū)設(shè)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，灌季進水閘前最低水位分別為351.73m、351.34m 和351.12m。

表1 一級站進水閘前水位統(tǒng)計分析結(jié)果匯總表(單位：m)

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(jù)進水閘前水位進行推算。 根據(jù)現(xiàn)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， 一級泵站進水池水位分別為351.23m、350.84m、350.62m。

2.3 出水池水位確定

由于一級泵站是以珠江為水源的電力提灌工程，工程引水閘設(shè)在58 號斷面以上1km 處，渠首中心線與主流夾角75°。 進水閘底板高程比珠江枯水位低4.05m，比汛期河槽最深點低3.3m，能在最不利的低水位甚至是脫流情況下也能滿足泵站引水要求。 又因為水含沙量大，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，由此推算一級站出水池水位應(yīng)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(yīng)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

一級站水泵經(jīng)過改造，水泵葉片改為定漿式，其安放角位分別根據(jù)相關(guān)進行分析，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(shù)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(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)可能與實際稍微有差異， 但對其損失計算影響并不大。 經(jīng)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 月設(shè)計院對一級站部分改造機組，而泵站實際運行測試數(shù)據(jù)來源于泵站現(xiàn)場測試中心提供的《現(xiàn)場測試報告》，水泵測試結(jié)果如表2。

表2 改造后水泵實際性能參數(shù)表

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=5.004 m、Q=8.007m3/s 時，h 總=6.304m； 當H 凈=5.59m、Q=7.5961m3/s 時,h總=6.760m。

表3 葉片安放角β=-2°時的性能參數(shù)表

3.3 結(jié)論

將上述三組數(shù)據(jù)結(jié)合多年實測數(shù)據(jù)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(jù)此可以判定一級泵站軸流泵水泵實際安放角應(yīng)該為-2°。

4 泵站出水池水位抬高后水泵工作點校核

4.1 繪制水泵性能曲線

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(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，水泵性能和參數(shù)范圍如表4。

表4 凈揚程計算結(jié)果匯總表

4.2 水泵凈揚程計算和工作點的確定

表5 一級站各頻率水位下水泵工作點參數(shù)表

根據(jù)上述統(tǒng)計分析結(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(jù)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參數(shù)如表5。

5 結(jié)語

通過探討軸流泵站技術(shù)參數(shù)的確定工作，筆者總結(jié)出以下幾點結(jié)論：①泵站駝峰點揚程為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；②當水位出現(xiàn)不利變化時，水泵就可能進入馬鞍形不穩(wěn)定區(qū)運行，出現(xiàn)噪音、振動和斷流等異常現(xiàn)象，效率降低，導(dǎo)致水泵不能正常運行；③通過更換水泵轉(zhuǎn)輪，水泵的主要參數(shù)應(yīng)滿足下列轉(zhuǎn)速250r/min， 配套功率不超過800kW，水泵揚程為8m，流量為7m3/s～8m3/s，且改造后的水泵效率能達到76%～85%，確保了泵站水泵可以發(fā)揮出最佳的效益。

［1］周宏.潛水軸流泵在中小型泵站更新改造中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（30）.

［2］張文淵.軸流泵站技術(shù)改造的探討[J].機電技術(shù)，2000（01）.