余 泳

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 合肥 230088）

1 工程概況

派河口泵站樞紐位于引江濟(jì)淮工程江淮溝通段，擔(dān)負(fù)將江水輸送至派河段輸水河道的任務(wù)，河道長(zhǎng)度為30km，泵站年運(yùn)行小時(shí)數(shù)2949h。泵站設(shè)計(jì)流量301.5m3/s（含船閘用水量6.5m3/s），最高凈揚(yáng)程5.3m，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程4.8m，最低凈揚(yáng)程0.2m。

2 水泵模型的初步選擇

派河口泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程4.8m，宜選用軸流泵模型。經(jīng)廣泛收集國(guó)內(nèi)先進(jìn)的軸流泵水力模型，其中有水利部2004年《南水北調(diào)工程水泵模型同臺(tái)測(cè)試》中的25個(gè)水力模型（TJ04-ZL-*）；揚(yáng)州大學(xué)研制并經(jīng)天津軸流泵同臺(tái)測(cè)試的2個(gè)水力模型（TJ05-ZL-01～02）。

經(jīng)比選上述軸流泵水力模型后，選擇高效區(qū)與該站揚(yáng)程相近的TJ04-ZL-06、TJ04-ZL-19水力模型。這兩種模型均有成功運(yùn)用的實(shí)例，具體見表1。

表1 各層土的物理性指標(biāo)建議值表

3 兩種水泵模型的比選

一般低揚(yáng)程軸流泵站水泵選型的目標(biāo)可概括為：設(shè)計(jì)揚(yáng)程保流量、平均揚(yáng)程高效率、最高揚(yáng)程能運(yùn)行、最低揚(yáng)程無(wú)異常。派河口泵站的進(jìn)出水池水位均有較大的調(diào)節(jié)余地，低揚(yáng)程的情況出現(xiàn)幾率小，即經(jīng)常運(yùn)行工況位于較高揚(yáng)程。所以派河口泵站選型的目標(biāo)要使得水泵裝置在較高揚(yáng)程工況下高效運(yùn)行。為便于比較，兩種模型均按原型葉輪直徑3.1m，轉(zhuǎn)速136.4r/min換算。流量、揚(yáng)程和空化余量的換算公式按照《水泵模型及裝置模型驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》（SL 140-2006）中規(guī)定的公式計(jì)算，效率不做修正。

3.1 按等流量加大揚(yáng)程的方法比選

派河口泵站在可研階段采用的是等流量加大揚(yáng)程法（揚(yáng)程加損失），即認(rèn)為泵段的流量等于泵裝置的流量，泵段的揚(yáng)程等于泵裝置的揚(yáng)程加上水力損失，不同工況的水力損失系數(shù)S為常數(shù)。設(shè)計(jì)工況38m3/s時(shí)的水力損失參考同類型泵站約為0.7m，閘門門槽的損失按0.2m計(jì)，折算成損失系數(shù)S為0.00062。

比較TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-19運(yùn)用等流量加大揚(yáng)程方法的選型結(jié)果，從圖1、圖2原型泵段綜合性能曲線可以看出，該站若選用TJ04-ZL-19模型時(shí)原型的效率高于選用TJ04-ZL-06模型時(shí)原型的效率，選用TJ04-ZL-06模型時(shí)原型的運(yùn)行范圍向上偏離了高效區(qū)。TJ04-ZL-19模型的空化性能優(yōu)于TJ04-ZL-06模型的空化性能。故可研階段推薦采用TJ04-ZL-19水泵模型。

3.2 按等揚(yáng)程加大流量的方法比選

水泵裝置模型試驗(yàn)表明，進(jìn)水流道和出水流道的損失系數(shù)S不是常數(shù)，這是由于低揚(yáng)程泵裝置中泵與流道的內(nèi)部流動(dòng)是相互影響的，葉輪對(duì)進(jìn)出口流態(tài)的影響，尤其是水泵的后導(dǎo)葉體出口水流不均勻，有剩余環(huán)量，出水流道中的損失與泵密切相關(guān)。因此采用等流量加大揚(yáng)程方法的選型存在一定的偏差，裝置試驗(yàn)時(shí)往往表現(xiàn)為水泵的揚(yáng)程偏高。

為了達(dá)到選泵合理，應(yīng)了解泵段性能和裝置性能之間的大致關(guān)系。為此引用一些近年南水北調(diào)等重要工程的模型裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并和泵段數(shù)據(jù)加以比較，統(tǒng)計(jì)出一般規(guī)律：

流量系數(shù)（泵裝置流量/泵段流量）為0.92～0.95，立式軸流泵常用0.94；

表2 加大流量法水泵性能參數(shù)比較表

揚(yáng)程系數(shù)（泵裝置揚(yáng)程/泵段揚(yáng)程）為0.98～1.09，立式軸流泵常用1.0；

效率系數(shù)（泵裝置揚(yáng)程—泵段揚(yáng)程）為-6%～-10%，立式軸流泵常用-8%。

因此，對(duì)于軸流泵較合理的選型方法是采用選型系數(shù)法，即等揚(yáng)程加大流量的方法。

比較TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-19運(yùn)用加大流量法的選型結(jié)果，從表2及原型泵段綜合性能曲線（圖3，圖4）可以看出，該站若選用TJ04-ZL-06模型時(shí)原型的效率高于選用TJ04-ZL-19模型時(shí)原型的效率。選用TJ04-ZL-06模型時(shí)原型在設(shè)計(jì)及以上揚(yáng)程工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)運(yùn)行范圍位于高效區(qū)，選用TJ04-ZL-19模型時(shí)原型的運(yùn)行范圍向下偏離了高效區(qū)，這樣不僅效率較低，也會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。TJ04-ZL-19模型的空化性能優(yōu)于TJ04-ZL-06模型的空化性能。但考慮到派河口泵站葉輪中心高程為-0.575m，最低淹沒深度4.175m，若選用TJ04-ZL-06模型空化余量能夠滿足要求，且水泵正常運(yùn)行工況位于較高揚(yáng)程，故初設(shè)階段推薦采用TJ04-ZL-06水泵模型。

圖1 TJ04-ZL-06水泵原型泵段綜合性能曲線圖（加大揚(yáng)程法選型）

圖2 TJ04-ZL-19水泵原型泵段綜合性能曲線圖（加大揚(yáng)程法選型）

圖3 TJ04-ZL-06水泵原型泵段綜合性能曲線圖（加大流量法選型）

圖4 TJ04-ZL-19水泵原型泵段綜合性能曲線圖（加大流量法選型）

3.3 參考同類型泵裝置進(jìn)行比選

無(wú)論是加大揚(yáng)程法還是加大流量法選型都是基于水泵泵段的性能，但現(xiàn)有泵站的試驗(yàn)表明，泵段和帶上進(jìn)出水流道的水泵裝置的性能有較大的差別，在這種情況下，按已有的水泵模型裝置的試驗(yàn)成果進(jìn)行水泵選型與按泵段性能進(jìn)行水泵選型相比，準(zhǔn)確性更高。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，不同葉輪在同一裝置下的水力損失與同一葉輪在不同裝置下的水力損失相比，葉輪的影響明顯大于裝置型式的影響，因此在利用現(xiàn)有水泵模型裝置的試驗(yàn)成果進(jìn)行水泵選型時(shí)，應(yīng)選用具有相同水泵模型的模型裝置。派河口泵站擬采用肘型進(jìn)水流道、低駝峰式出水流道?，F(xiàn)有南水北調(diào)的山東長(zhǎng)溝站、山東八里灣站分別采用06、19號(hào)水泵模型，這兩座泵站的水泵裝置都是肘型進(jìn)水、低駝峰式出水。

從圖5、圖6可以看出參考同類型泵裝置進(jìn)行換算后的效率及運(yùn)行范圍與等揚(yáng)程加大流量的方法相近，選用TJ04-ZL-06水泵模型性能較優(yōu)。

圖5 TJ04-ZL-06水泵原型裝置綜合性能曲線圖（按長(zhǎng)溝站裝置模型換算）

圖6 TJ04-ZL-19水泵原型裝置綜合性能曲線圖（按八里灣站裝置模型換算）

4 結(jié)語(yǔ)

（1）低揚(yáng)程水泵裝置最優(yōu)工作點(diǎn)的位置與水泵模型和流道密切相關(guān)，水泵選型時(shí)應(yīng)盡量參考同一水泵模型和相同流道型式的水泵裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）對(duì)于低揚(yáng)程軸流泵站，若缺少已有同類型泵站裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用“等揚(yáng)程加大流量”較傳統(tǒng)的“等流量加大揚(yáng)程”的選型方法更為合適。從比選結(jié)果可以看出，TJ04-ZL-06較TJ04-ZL-19更適合于派河口泵站。下階段可適當(dāng)加大原型的葉輪直徑，使得原型機(jī)組的運(yùn)行工況更靠近高效區(qū)，運(yùn)行更穩(wěn)定