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        淺析軸流水泵運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)的確定

        2012-09-25 07:09:12賈博慧羅鋒俊
        陜西水利 2012年6期
        關(guān)鍵詞:進(jìn)水閘軸流泵揚(yáng)程

        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(yùn)行與管理中,為了最大限度發(fā)揮水泵運(yùn)行效益,經(jīng)常采用多臺(tái)水泵并聯(lián)形式運(yùn)行,以使其發(fā)揮最大性能。所以說,泵站工程狀況對(duì)單臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)的影響顯非常關(guān)鍵。本文通過對(duì)東雷一級(jí)泵站進(jìn)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(jì)算,分析了16CJ-80型水泵(轉(zhuǎn)輪型號(hào)為I19的軸流水泵)在東雷一級(jí)站運(yùn)行時(shí)的技術(shù)參數(shù),旨在為同類水泵運(yùn)行與管理提供借鑒。

        1 東雷抽黃灌溉工程和一級(jí)泵站概況

        東雷抽黃是利用黃河水源修建的多級(jí)高揚(yáng)程大型電力提灌工程,灌區(qū)轄合陽、澄城、大荔及蒲城四縣13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),灌溉面積83萬畝,建有泵站28座,安裝不同類型的泵組133臺(tái),裝機(jī)容量為11.86萬kW。其中東雷一級(jí)站直接從黃河抽水,是整個(gè)灌溉工程的樞紐站,總抽水量60 m3/s,安裝高郵水泵廠生產(chǎn)的16CJ一80型全調(diào)節(jié)軸流泵7臺(tái)、上海水泵廠生產(chǎn)的36ZLB一70型軸流泵2臺(tái)。泵站于1975年動(dòng)工,1979年竣工投運(yùn),截止2009年底運(yùn)行161223臺(tái)時(shí),累計(jì)抽水26.72億m3,泵站長(zhǎng)期高效運(yùn)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(zhǎng)期運(yùn)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(duì)軸流泵運(yùn)行時(shí)技術(shù)參數(shù)的影響成為該站更新改造的關(guān)鍵。

        表1 東雷一級(jí)站進(jìn)水閘前水位統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果匯總表 (單位:m)

        表2 改造后水泵實(shí)際性能參數(shù)表

        表3 葉片安放角β=-2°時(shí)的性能參數(shù)表

        表4 凈揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果匯總表

        表5 東雷一級(jí)站各頻率水位下水泵工作點(diǎn)參數(shù)表

        2 對(duì)東雷一級(jí)泵站進(jìn)水流道水位分析

        2.1 進(jìn)水閘前水位統(tǒng)計(jì)分析

        根據(jù)東雷抽黃一級(jí)泵站1991年~2008年的閘前河道水位觀測(cè)資料,統(tǒng)計(jì)32個(gè)灌季的閘前水位觀測(cè)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(cè)資料局限性,故采用累計(jì)頻計(jì)算法對(duì)現(xiàn)有水位資料進(jìn)行概略分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)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(qū)設(shè)計(jì)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(jìn)水閘前最低水位分別為351.73m、351.34m和351.12m。

        2.2 進(jìn)水流道水位分析

        由于一級(jí)站進(jìn)水池?zé)o水位實(shí)測(cè)資料,在此可根據(jù)進(jìn)水閘前水位進(jìn)行推算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多年觀察,前池水位較進(jìn)水閘前水位約低0.30m~0.60m。按最不利情況,取進(jìn)水閘至進(jìn)水池間的水頭損失為0.50m,則頻率為50%、80%和95%時(shí),東雷一級(jí)泵站進(jìn)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(jí)泵站是以黃河為水源的電力提灌工程,工程引水閘設(shè)在黃河58號(hào)斷面以上1km處,渠首中心線與黃河主流夾角75°。進(jìn)水閘底板高程比黃河枯水位低4.05 m,比汛期河槽最深點(diǎn)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?yàn)辄S河水含沙量大,對(duì)水泵磨蝕較為嚴(yán)重,管理單位在隧洞出口修建三個(gè)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(jí)站出水池水位應(yīng)為358m,而出水池實(shí)際最高水位356.86m,最低水位356.46m,按最低水位356.46m計(jì),出水池水位應(yīng)需提高1.54m,以達(dá)到水泵正常運(yùn)行之需要。

        3 水泵葉片安放角位確認(rèn)

        東雷一級(jí)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)《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)鑒定文件》和《陜西東雷一級(jí)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告》進(jìn)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(shí)際安放角,其具體計(jì)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(zhǎng)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(jìn)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(shí)際稍微有差異,但對(duì)其損失計(jì)算影響并不大。經(jīng)過計(jì)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(shí)際性能曲線

        16CJ-80型水泵性能曲線圖來源于2002年4月中國(guó)水科院機(jī)電研究所對(duì)東雷一級(jí)站部分改造機(jī)組的《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)鑒定文件》,而泵站實(shí)際運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)來源于山西泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中心提供的《陜西東雷一級(jí)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告》,水泵測(cè)試結(jié)果如表2。

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

        3.3 結(jié)論

        將上述三組數(shù)據(jù)結(jié)合多年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與16CJ-80型水泵(性能曲線進(jìn)行對(duì)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)此可以判定東雷一級(jí)泵站軸流泵水泵實(shí)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(diǎn)校核

        4.1 繪制水泵性能曲線

        東雷一級(jí)站水泵的性能曲線是在中國(guó)水科院機(jī)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(shí)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(shí),水泵性能和參數(shù)范圍如表4。

        4.2 水泵凈揚(yáng)程計(jì)算和工作點(diǎn)的確定

        根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)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(yáng)程如右表:而水泵葉片β=-20時(shí),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(shí)根據(jù)《多泥沙河流大型泵站軸流泵技改實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)鑒定文件》和《陜西東雷一級(jí)站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告》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(diǎn)參數(shù)如表5。

        5 軸流泵技術(shù)參數(shù)確定和利用

        按照排沙漏斗對(duì)東雷一級(jí)站出水池水位的要求,通過對(duì)水泵工作點(diǎn)計(jì)算分析認(rèn)為:該泵駝峰點(diǎn)揚(yáng)程為8.3m,當(dāng)P=50%時(shí),實(shí)際總揚(yáng)程為7.73m,富余揚(yáng)程為0.57m,水泵基本能保證安全運(yùn)行,但其保證率較低;當(dāng)P=80%、P=95%時(shí),實(shí)際總揚(yáng)程為8.02m和8.16m,富余揚(yáng)程僅為0.28m和0.14m,一旦水位稍有不利變化,水泵就可能進(jìn)入馬鞍形不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行,出現(xiàn)噪音、振動(dòng)和斷流等異?,F(xiàn)象,效率降低,導(dǎo)致水泵不能正常運(yùn)行。所以說要對(duì)東雷一級(jí)站水泵進(jìn)行改造,即更換水泵轉(zhuǎn)輪。更換轉(zhuǎn)輪后水泵的主要參數(shù)應(yīng)滿足下列轉(zhuǎn)速250r/min,配套功率不超過800kW,水泵揚(yáng)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(dá)到76%~85%,這樣以來不僅使軸流水泵發(fā)揮最佳效益,也為其并聯(lián)運(yùn)行提供最佳性能。陜西水利

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