下寨三級站流道改造的探索與研究

雷崢嶸+李堅+楊小康

摘 要：陜西省東雷二期抽黃大型灌溉泵站位于關中東部渭北旱原臺塬區，東臨黃河，西至富平縣城，南與交口抽渭及洛惠渠灌區接壤，北到橋山腳下。灌區海拔高程385-535m，轄大荔、蒲城、富平、臨渭四縣（區）39個鄉（鎮），設計灌溉面積126.5萬畝，其中，擴灌區85.5萬畝，補水灌區41萬畝（其中交口抽渭灌區21萬畝、洛惠渠灌區20萬畝），設計保證率為75%。灌區農業增產農民增收農村發展呈現出一派生機盎然、萬象更新的繁榮景象，取得了巨大的社會效益、經濟效益和環境效益。

關鍵詞：下寨三級站 流道改造 探索

中圖分類號：TV675 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082 （2017） 04-0231-01

一、工程概況

下寨三級泵站屬于東雷二期抽黃灌區樞紐站，位于蒲城縣平路廟鄉下寨村西南側，泵站于1993年開工建設，1997年6月試用行，2001年8月竣工驗收。下寨三級站共安裝1200LW-60型水泵8臺，水泵配套電機功率為3550kW，安裝DFSS600-9/6型水泵2臺，水泵配套電機功率為1000kW，設計凈揚程54.02m，泵站設計流量28.00m3/s，裝機總功率30400kW，供水灌溉面積80.5萬畝，本級灌溉面積11.94萬畝。泵站建110千伏專用變電站1座，安裝容量SFZL-31500千伏安變壓器2臺。泵站安裝10千伏站用變壓器2臺，容量500kVA，生活變壓器1臺，容量50kVA。

泵站工程建筑總面積5213.82m2，其中主廠房、副廠房面積共計3442.5m2。生活用房建筑面積1771.32m2。泵站進水渠起點扭面接總干渠歸劃樁號：54+663.83處，扭面后接3孔進水閘，閘前設回轉式清污機3臺，進水渠采用預制砼板襯砌。由于抽取水質為黃河多泥沙水， 進水閘后至泵站主廠房間采用單機單流道進水，根據水泵安裝臺數，8臺立式離心泵前采用8條流道進水，2臺臥式小流量泵前共用1條流道進水，共計9條進水流道，進水流道均采用鋼筋砼壓力箱涵，涵進口設控制閘，末端與橢圓形吸水池銜接，吸水池為鋼筋砼明池結構。

進水流道前控制閘共計9扇，為平板鑄鐵閘門，孔口尺寸寬×高：2.5m×2.5m。閘門啟閉采用單孔螺桿式啟閉機9臺，型號為LQD-15T。

二、存在主要問題

下寨泵站更新改造工程于2014年9月開工，目前壓力管道、廠房等房建、電氣設備、金屬結構，以及兩臺小機組等改造工程進行的都比較順利，有些基本完工。2015年1月完成兩臺1200LW立式蝸殼泵及電動機改造安裝，并在冬、春、夏灌中投入運行，陜西省泵（電）測試中心與東方泵廠分別進行了兩次水泵性能測試，經測試，新改造水泵及未改造水泵均存在嚴重的流量衰減問題，未改造泵伴有明顯的振動、噪音，新改造泵機組的振動和噪音問題基本解決，但這兩臺新水泵機組出現了明顯的氣蝕聲。

當水位壅高1.0～1.5m時，汽蝕、噪音和振動問題有所緩解。當吸水池在設計水位時，機組汽蝕、振動和噪音很嚴重，運行狀況很差，幾乎到了不能運行的狀態。致使下寨泵站機組改造陷入困境，嚴重制約了下寨泵站改造工程的順利實施。

三、改造的必要性和可行性

1.改造的必要性

下寨泵站流道改造包括吸水池和進水流道。吸水池為橢圓形，進水流道為2.5m×2.0m的壓力箱涵，壓力箱涵出口與吸水池底部連接。由于壓力箱涵進口淹沒不充分，進口水位在設計水位及以下時，水面不斷旋轉，常常發生漏斗型汽柱進入箱涵。流入橢圓形吸水池的水體大量摻汽，池內水流上下翻滾，少部分氣體排出，仍有大量摻汽水體進入水泵。水流紊動嚴重，流態太差，影響到水泵進水管道中水流的穩定性和水泵抽水的穩定性，造成水泵汽蝕、振動破壞、噪聲超標。根據下寨三級站多年運行經驗，水泵必須在流道前高水位（高于設計水位1.0m）情況下才能正常運行，當進水水位降至設計水位及以下時，壓力箱涵進口出現旋渦就難以運行。

目前，下寨水泵機組必須在壅高吸水池水位的情況下才能正常運行，在設計水位時由于流道為壓力流，進入水泵吸水池的水流流態更加惡化，產生旋渦，導致水泵不能正常運行。

由于下寨三級站運行水位一般均在相應流量設計水位的基礎上壅高1～1.5m，導致洛河渡槽下游渠道水位整體抬高，渠道水面比降變緩，流速減小。要保證洛河渡槽改造后達到設計過流能力，下寨三級泵站水泵吸水池水位不得高于相應流量的設計水位。

根據《泵站設計規范》（GB50265-2010）要求，水泵進水池（吸水池）流態應平穩，不得出現水流翻滾、渦流等現象。水泵吸水池流態平穩、均勻，有利于改善水泵的運行性能。

綜合以上三方面因素，對下寨站流道進行改造，改善吸水池流態是非常必要的。

2.改造的可行性

2015年9月，東雷二期抽黃灌區泵站更新改造辦公室對下寨三級站7～9號流道進行了試驗性改造，改造后經檢測達到了預期目標。

四、東雷三級站—下寨泵站CFD計算分析結果

2016生11月，渭南市東雷二期抽黃灌區泵站更新改造項目辦公室委托中國農業大學中國灌溉排水發展中心對下寨三級站流道改造前后泵站進水系統進行CFD計算分析，其計算分析結論如下：

1.對于原壓力箱涵流道，吸水池淹沒深度較小，在吸水池中產生吸入渦，帶入大量的氣體，快速進入到箱涵式進水流道中，同時箱涵式進水流道出口的水流來不及將氣體排出，就直接快速進入進水管路并進入水泵中，是水泵流量衰減的一個重要原因。

2.當箱涵式進水流道改為明渠進水流道后，進水渠道和進水流道的流動明顯改善，整體流動較為平穩，光順，在進水渠道中，底部的低速旋渦區也基本消失，因此進水渠道的泥沙淤積現象再改為明渠進水流道后，也會有明顯的改善。但是在吸水池中，有明顯的大范圍旋渦流動，從吸水池的流線圖分布中，也可以看出，吸水池的表面也會形成大小不一的旋渦流動并一直延伸至進水管路進口，特別是在最低水位時，吸水池的吸入渦則更為明顯，也會帶入部分的空氣進入到進水流道并進入到水泵進口中。因此，可以說明，流道改造后，特別是在低水位運行時，吸水池吸入渦的產生是流量衰減的重要原因。

3.通過進一步對改進方案的計算說明，在吸水池底部加導流墩后，吸水池內的吸入渦將明顯減弱，有助于進一步改善下寨泵站的流量衰減問題。

從水泵吸水池進水流道改造后的水流流態、水泵的抽水性能及CFD計算分析看，流道改造后，水泵的運行都有明顯的改善，因此，水泵吸水池流道的改造對確保吸水池流態平穩、順暢、流速均勻及改善提高水泵的運行性能都是很有必要的，而且是切實可行的。