軸流泵站技術參數的確定及分析

何 源

(佛山市樵桑聯圍南海區管理所，廣東 佛山528211)

隨著我國社會經濟建設步伐的加快，國家加大了對城鄉水利基礎設施建設的投資力度，水利基礎設施建設數量日益增加。 泵站作為水利基礎設施的重要組成部分，擔負著農田灌溉、供水和蓄水等重任，在改善城鄉生態環境、促進經濟發展和提高人們物質生活水平方面發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、設備老化等因素的影響，水泵工況出現逐年下降的情況，這不僅影響到泵站抗旱灌溉效益的發揮，而且也會給農業的發展帶來諸多不利的因素。 而泵站是泵站重要的水利樞紐設備，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參數的確定工作，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，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 型全調節軸流泵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。

2 對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，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，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計分析結果匯總表(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， 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

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相關進行分析，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 月設計院對一級站部分改造機組，而泵站實際運行測試數據來源于泵站現場測試中心提供的《現場測試報告》，水泵測試結果如表2。

表2 改造后水泵實際性能參數表

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°時的性能參數表

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

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。

表4 凈揚程計算結果匯總表

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表

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 結語

通過探討軸流泵站技術參數的確定工作，筆者總結出以下幾點結論：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當水位出現不利變化時，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；③通過更換水泵轉輪，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用[J].城市建設理論研究，2012（30）.

［2］張文淵.軸流泵站技術改造的探討[J].機電技術，2000（01）.