泵站水泵技术改造模型泵开发试验研究

摘要：某泵站长期的运行过程中，出现了较多的问题和困难，主要表现为实际扬程低于设计扬程，使得运行工况欠佳，气蚀严重破坏，对低扬程区域的开机造成影响。为了进一步对这些问题进行处理，必须对原有的水泵技术进行改造，进一步促使运行效率的提升，有效控制能耗，改善泵站的气蚀性能。为此，在原有技术的基础上，本文对两套方案的模型试验进行了实施和分析，结果表明方案的水力模型性能指标能够达到先进水平。

关键词：泵站；轴流泵；试验研究；模型开发

中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：

某泵站1977年开始动工，1980年6月机组投入排涝运行，1996年7月累计运行43013个小时，排水量达94.8亿m3，在一定程度上，对该地区的洪涝灾害进行了控制。目前，现用泵在运行过程中，主要涉及了三个方面的内容。第一，水泵运行扬程与设计扬程之间的差异较大，耗能较高，水流紊乱，运行工况欠佳，产生的气蚀破坏较为严重；第二，叶片加工缺陷较大，运行工况极不稳定；第三，叶片操作油压过高，低扬程区域开机出现问题。正由于这些问题的影响，泵站运行效率严重降低，为此必须对水泵进行技术改造，以利于泵站的有效运行和发展。

技术改造过程中，方案和都能够对泵站排涝效益及标准进行维护，与此同时，第一种方案对泵轮叶片进行了更换，而第二种方案则对泵轮叶片及导叶体进行了更换，且两种方案对叶片旋转中心的确定都非常合理，能够在2.5MPa操作油压的环境下实现对叶片的有效调节。

一、现用水泵运行时存在的问题

（一）扬程较低

水泵扬程的设计为8.3m，通过多年运行数据的统计和分析，近10年水泵实际的运行扬程最大为8m，而加权净扬程为4.44m，该点加权平均效率值为59.8%。该泵站运行数据统计具体见表1。

表1 泵站相关的运行数据

（二）叶片操作油压较高

对于泵轮叶片旋转中心的确定，现用泵存在一定的缺陷，原设计的叶片操作油压为2.5MPa，但在投产运行过程中，察觉该压力较小，对叶片进行调动较为困难。之后油压被改为4MPa，然而净扬程不足2m的情况下，对叶片进行调动仍然比较困难，往往对于低扬程区域的开机造成严重影响。

（三）运行工况的问题

在叶片加工的过程中，质量控制并不是非常的过关，与此同时，最优工况点运行的长期偏离对泵站的安全造成了严重的影响，部分区域在运行时已经受到了破坏，通常表现为摆度大、振动及噪声超标等，

二、水泵技术改造的原则

水泵改造之后，排涝效益及排涝标准的设计不能受到影响，同时对现用水泵的技术缺陷进行处理和解决。对于水泵技术的改造，尽量控制对改造规模的更新，能够在原泵站流道保持不变的条件下，通过模型泵轮叶片与现用泵导叶的匹配与结合，对新的导叶进行开发，在经济技术论证及试验对比的过程中，对最终的技术改造方案进行确定，促使改造投资的良好控制和经济效益的有效实现。

三、模型试验方法

试验台的主要参数：试验流量Q与试验扬程H分别为50-700L/s和0-20m，电机功率N与模型转轮直径D分别为75kW和250-350mm，试验转速n=500-1500r/min。直流电机组和模型水泵共同组成模型机组，该泵站水泵的流道与模型泵的流道基本一致，使用扬程与试验扬程相同，转轮直径为300mm。

（一）能量试验

利用等转速水泵进行试验，转速n=1428r/min。在特定要求的条件下，效率的计算过程中不对模型机空载功率进行扣除，由于包括装置扬程，水泵装置模型效率同时包含机械摩擦的损失。取转速n=714r/min，可在马鞍形试验时避免机组振动的发生。

（二）气蚀试验

采用定流量下的能量法对水泵气蚀试验进行实施，结合闪光测频仪对其进行观察，临界气蚀余量为水泵效率能量点低1%的气蚀余量，若进口水箱内的流速较低，可忽略速度头不对其进行计算。

（三）轮叶力矩试验

轴流泵在运行过程中，轮叶力矩M在推拉杆上测得有三个重要的组成部分，即：轮叶表面上水流作用产生的水力矩、轮叶离心力产生的离心力矩、操作机构离心力产生的离心力矩，分别以Mp、Mc′、Mc″表示，公式为M=Mc′+Mc″+Mp。在M中，Mc″只占1%的比例，为此设Mc= Mc′+Mc″。水泵进行抽水工作，对工作扬程H及轮叶转角进行转变，对轮叶力矩M进行计算，得出M=(，H) 曲线组。空气中旋转的水泵，对空气产生的力矩进行忽略，获取离心力矩Mc= ()曲线组。轮叶片的水力矩Mp=M-Mc=M=(，H) 曲线组。

四、模型性能试验结果

方案和以及现用泵模型装置性能的参数见表2，其中方案、和现用泵最高单位飞逸转速分别为-280r/min和-230r/min，均为叶片角度（-8。至-10。）之间。结果显示，现用泵最优效率区域对应的扬程较高，在扬程范围内运行时则显示较低，但气蚀性能的效果却受到一定的影响，与现用泵运行情况对比，得出的结果能够符合实际情况。

表2 现用泵与方案、的参数

表2现用泵与方案、的参数

五、现用泵与改造型模型试验结果的对比分析

（一）能量、气蚀性能

平均运行工况与设计工况中，方案、装置模型效率与现用泵相比，高达9.5%和10.6%，对于气蚀性能而言，改造型的指标比现用泵的气蚀性能指标更为优越，而在高扬程区，排涝工况设计时的改造型装置模型效率值、临界气蚀余量与现用泵相比较为欠佳，具体情况见表3。

表3方案、与现用泵相关数据的对比

（二）零流量扬程与启动动率

零流量扬程与启动动率方面，改造型泵均小于现用泵，但在启动特性方面，现用泵则不足于改造泵。

（三）飞逸特性

反方向飞逸转速方面，现用泵远不足于改造泵，所以，在高扬程区域，改造泵的运行过程中发生的较高反向飞逸转速应得到管理的重视。

（四）叶片力矩特性

改造泵对于叶片旋转中心的选择较为合理，但现用泵对其中心的选择就略显一般，改造泵最大关闭方向与最大开启方向的力矩值比值为82%，现用泵最大关闭方向与最大开启方向的力矩值比值仅为9%。与改造泵相比，现用泵最大关闭方向的力矩值比较的大，为2.2倍。在泵站运行的过程中，现用泵可被改造泵完全替代，对改造泵进行利用，在运行区域的范围内，气蚀性能得以有效改善，能耗的降低与效率的提高都非常的显著，在2.5MPa的设计操作油压环境下，可促使对叶片的全面调节，不仅能够对改造部件的加工精度进行维护，对于现用泵运行过程中发生的问题，也能够进行彻底的处理和解决。

结束语

对于水泵技术的改造，其效果非常的好，在一定程度上对泵站水力模型的良好性能进行了提供，可实现运行效率的提高和气蚀性能的改善，对能耗的控制非常有利，同时对水泵运行过程中存在的诸多问题进行了处理和解决。其中方案已经达到先进水平，而方案在改造费用方面则占据优势。总之，此次模型试验对原有水泵的技术缺陷进行了有效的处理，对泵站经济效益的合理运行提供了重要条件，有效的处理了泵站存在的原有问题。

参考文献：

[1]刘何清，刘传聚.一级泵变流量空调系统部分负荷下循环水泵运行工况分析[J].湘潭矿业学院学报，2001，16(3).

[2]李同卓，陈坚，等.轴流泵抗气蚀导轮及双联叶栅水力特性研究[J].中国农村水利水电，2004(2).

[3]刘超.南水北调低扬程水泵装置水力性能考核指标探讨[J].排灌机械 2003(06).

[4]陈松山，王林锁，等.大型轴流泵站双向流道设计及泵装置特性试验[J].江苏大学学报（自然科学版），2001(03).

[5]钱均，邵正荣.现代化大型泵站与南水北调东线工程的设计与研究[J].排灌机械， 2003(02).

[6]仇宝云，袁寿其，等.南水北调东线工程梯级泵站的几个问题[J].灌溉排水学报 2003(02).