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        南水北調(diào)泗陽(yáng)站水泵性能偏差的原因分析及對(duì)策

        2015-12-12 08:17:20韓宏舉潘衛(wèi)鋒
        江蘇水利 2015年10期
        關(guān)鍵詞:原型偏差角度

        韓宏舉 潘衛(wèi)鋒

        (1.江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處,江蘇 宿遷 223800;2.江蘇省南水北調(diào)泗陽(yáng)站工程建設(shè)處,江蘇 宿遷 223700)

        泗陽(yáng)站是南水北調(diào)東線多級(jí)提水系統(tǒng)的第四梯級(jí),位于江蘇省泗陽(yáng)縣縣城東南約3 km 處的中運(yùn)河輸水線上,泵站共安裝6臺(tái)液壓全調(diào)節(jié)立式軸流泵(含1臺(tái)備用),配6臺(tái)功率為3000 kW 的同步電動(dòng)機(jī),設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程6.30 m,平均凈揚(yáng)程5.55 m,單泵設(shè)計(jì)流量33 m3/s,調(diào)水規(guī)模164 m3/s。本工程于2009年底開工建設(shè),2012年5月通過機(jī)組試運(yùn)行驗(yàn)收,2013年5月、10月,泗陽(yáng)站工程建設(shè)處組織人員采用“無(wú)線式聲學(xué)多普勒流速剖面儀(走航式ADCP)”測(cè)速的方法,分別對(duì)原型泵的性能進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果顯示:泵站的單臺(tái)機(jī)組流量與通過模型裝置試驗(yàn)相似換算的流量有一定的偏差。為此,筆者對(duì)造成水泵性能偏差的原因進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的處理措施和對(duì)策。

        1 測(cè)量數(shù)據(jù)與整理分析

        1.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)

        2013年5月和10月兩次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的成果統(tǒng)計(jì)分別見表1、表2。

        1.2 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的整理及分析

        (1)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

        在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的過程中,計(jì)算水位差時(shí)沒有計(jì)入攔污柵、門槽、測(cè)流點(diǎn)與泵站間的水頭損失。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)將上述幾處的水頭損失按0.3 m 計(jì)入損失后,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)整理見表3 和表4。

        (2)性能曲線分析

        考慮影響測(cè)量成果的各種因素,將整理后的數(shù)據(jù)繪制在相似換算的原型泵裝置性能曲線圖中,見圖1。性能曲線說明:

        ①圖1 性能曲線是依據(jù)模型泵裝置性能曲線經(jīng)過相似換算得到。據(jù)點(diǎn),符號(hào)為第二次測(cè)流數(shù)據(jù)

        表1 第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表(2013年5月)

        表2 第二次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表(2013年10月)

        表3 第一次檢測(cè)成果整理后的統(tǒng)計(jì)表

        表4 第二次檢測(cè)成果整理后的統(tǒng)計(jì)表

        圖1 原型泵裝置性能曲線

        ③-6°~-12°性能為依據(jù)測(cè)試-4°~+4°之間的規(guī)律所推測(cè)繪制出來的,用于與實(shí)泵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能對(duì)比時(shí)參考。

        ④合同規(guī)定的性能:流量Q=33 m3/s,揚(yáng)程H=6.3 m。

        ⑤合同要求的性能需要水泵運(yùn)行在0°,第一次測(cè)量的性能數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的原型泵標(biāo)記角度+2°,與換算原型泵裝置性能曲線的角度+2°相差約7°~8°左右;第二次測(cè)量的性能數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的原型泵標(biāo)記角度與換算原型泵裝置性能曲線的角度性能相差約3°~4°。

        ⑥從測(cè)量數(shù)據(jù)看,原型泵的裝置效率與模型裝置試驗(yàn)報(bào)告中的裝置效率相符,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能點(diǎn)的性能對(duì)應(yīng)的功率1500~2100 kW 也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于配套電機(jī)的額定功率3000 kW。

        2 造成性能偏差的原因分析

        從第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)看,測(cè)量的機(jī)組有1#、3#、4#、5#、6#,并有單臺(tái)或組合機(jī)組不同運(yùn)行角度的運(yùn)行參數(shù),測(cè)試的流量參數(shù)無(wú)明顯異常,基本上可以判定流量的偏差不是因?yàn)樵捅脵C(jī)組的葉片角度安裝錯(cuò)誤所導(dǎo)致。

        依據(jù)第一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量性能與相似換算原型泵裝置性能曲線推測(cè),向正角度調(diào)整5°后,測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)與換算原型泵裝置性能曲線的角度性能相差約2°~3°。而第二次測(cè)量的數(shù)據(jù)與換算原型泵裝置性能曲線也有一定的偏差,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定性能與相似換算偏差約3°~4°,所以兩次測(cè)量數(shù)據(jù)與試驗(yàn)換算性能相比,測(cè)量偏差約1°,對(duì)應(yīng)流量約1.5 m3/s。

        綜上分析,可以認(rèn)為造成流量偏差的主要原因是模型泵裝置試驗(yàn)的葉片安放角與原型泵的葉片安放角出現(xiàn)了偏差,而造成模型泵裝置試驗(yàn)的葉片安放角與原型泵的葉片安放角出現(xiàn)了偏差的可能原因是模型裝置的安裝調(diào)試及試驗(yàn)角度的調(diào)整主要由第三方進(jìn)行,水泵安裝沒有進(jìn)行0°葉片高差的復(fù)核確認(rèn)(間接測(cè)量葉片安放角的方法)和各試驗(yàn)葉片角度的復(fù)核確認(rèn),導(dǎo)致模型裝置試驗(yàn)時(shí),模型泵設(shè)計(jì)0°葉片安放角的進(jìn)出水邊最大外緣高度差與試驗(yàn)標(biāo)稱0°的高度差不一致,進(jìn)而導(dǎo)致在原型泵設(shè)計(jì)時(shí),在相同公稱葉片安放角度下,原型葉片的高差與試驗(yàn)時(shí)的葉片高差不一致,而原型泵的其余角度又均是以0°為基準(zhǔn)確定的,故造成原型泵的各角度與試驗(yàn)曲線整體偏移。

        3 對(duì)策措施

        3.1 近期對(duì)策

        依據(jù)原型泵的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)可運(yùn)行角度范圍為-6°~+4°,根據(jù)原型泵實(shí)物,最大正向角度可以達(dá)到+5.5°,為了保證機(jī)組的安全,最大向正角度調(diào)整5°,即將水泵葉片安放角向正角度調(diào)整后運(yùn)行。

        根據(jù)《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1 級(jí)和2 級(jí)》(GB/T 3216-2005)的規(guī)定,制造偏差引起的流量容差系數(shù)為±8%,流量測(cè)量方式方法引起的容差系數(shù)為±6%。

        依據(jù)第二次的測(cè)量數(shù)據(jù),流量值仍偏小3.5 m3/s 左右,與合同要求設(shè)計(jì)流量33 m3/s 負(fù)偏差約10.6%,但在規(guī)定制造容差系數(shù)±8%和測(cè)定方式方法容差系數(shù)±6%的綜合容差范圍內(nèi)。

        上述綜合容差范圍確定,是依據(jù)GB/T 3216-2005 中“ISO 引言”部分:“本標(biāo)準(zhǔn)系合并和代替前驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)ISO3555:1977(對(duì)應(yīng)本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的1級(jí))和ISO2548:1975(對(duì)應(yīng)本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的2 級(jí)),但在保證的證實(shí)上有一個(gè)重要的改變,因?yàn)闇y(cè)量的不確定度不應(yīng)該影響泵的合格性,容差僅是考慮制造上的差異而給?!?/p>

        3.2 遠(yuǎn)期對(duì)策

        初步改造方案:根據(jù)已有的結(jié)構(gòu),向正角度調(diào)整5°后,已沒有正角度調(diào)節(jié)余量,而負(fù)角度范圍達(dá)到11°,從最小改造量考慮,在大修時(shí),理論上只要對(duì)葉片操作機(jī)構(gòu)中與行程有關(guān)的零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、制作更換即可。

        綜上分析,現(xiàn)活塞位置已處在最大正角度,若正角度再增加5°,可通過活塞向負(fù)角度移動(dòng)5°(即初始設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)稱0°),而保證現(xiàn)葉片角度不變即可。為了保證現(xiàn)葉片角度不變,只需要增加連桿(耳柄)的長(zhǎng)度,為了保證改造后葉片調(diào)節(jié)時(shí),不增加操作油壓,則需要綜合考慮葉片操作機(jī)構(gòu)中與行程有關(guān)的零件的結(jié)構(gòu)。最小改造量的理論計(jì)算:原設(shè)計(jì)行程與角度對(duì)應(yīng)關(guān)系約4.2 mm/度。以第二次測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù),保證正向角度2°的備用角度,則只要正向增加5°即可,對(duì)應(yīng)的行程約為21 mm。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的參數(shù),向正角度調(diào)節(jié)再增加5°,配用功率上也是滿足的。

        4 結(jié)論

        (1)南水北調(diào)東線泗陽(yáng)站立式軸流泵模型裝置驗(yàn)收試驗(yàn)表明,本站水泵裝置在不同工況下的各項(xiàng)特性指標(biāo)均達(dá)到合同要求,真機(jī)試運(yùn)行效率基本滿足要求,但流量有一定的偏差,將葉片設(shè)計(jì)角度調(diào)為+5°可以滿足設(shè)計(jì)流量要求,且經(jīng)過葉片向正角度調(diào)整5°后,性能符合規(guī)定要求。

        (2)為了優(yōu)化和滿足將來可能低揚(yáng)程、更大流量運(yùn)行的需要,考慮到調(diào)整后無(wú)正角度可調(diào)的情況,在泵站大修時(shí),建議由水泵廠家提供優(yōu)化方案進(jìn)行改造。

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