項(xiàng)雙樹

（安徽省駟馬山引江工程管理處,安徽 馬鞍山 238251）

1 引言

駟馬山灌區(qū)屬大（1）型灌區(qū)。灌區(qū)以提引長(zhǎng)江水為主，滁河上已建的節(jié)制閘起節(jié)制灌溉水位和攔蓄降雨徑流作用。1969年12月動(dòng)工興建，規(guī)劃為五級(jí)提水，總揚(yáng)程46.5 m，裝機(jī)32臺(tái)7.85萬kW，設(shè)計(jì)灌溉面積365.4萬畝，涉及皖蘇兩省4市10個(gè)縣（市、區(qū)）。烏江泵站是駟馬山灌區(qū)首級(jí)提水泵站，從長(zhǎng)江提水。設(shè)計(jì)裝機(jī)10臺(tái)，配套高壓同步電動(dòng)機(jī)，單機(jī)容量1 600 kW。水泵為2.8CJ-70全調(diào)節(jié)立式軸流泵，水泵葉輪直徑Φ2.8 m，額定揚(yáng)程5.62 m，額定流量21.5 m3/s，轉(zhuǎn)速150 r/min。由于近年來，長(zhǎng)江在汛期和枯水期水位變化較大，加上駟馬山工程的功能由單一的抗旱擴(kuò)展為生態(tài)補(bǔ)水和城市供水。為提高泵站效率，改善水泵的汽蝕性能，適應(yīng)下游低水位和高水位時(shí)的安全可靠運(yùn)行，經(jīng)過充分的模型試驗(yàn)選型，在不改變?cè)鞯赖慕Y(jié)構(gòu)情況下對(duì)其中的四臺(tái)水泵進(jìn)行了改進(jìn)，選用2800ZLQ23-3.72型全調(diào)節(jié)軸流泵。為驗(yàn)證改進(jìn)后的機(jī)組的性能是否達(dá)到模型試驗(yàn)的性能要求，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)根據(jù)下游長(zhǎng)江水位的變化，歷時(shí)九個(gè)月進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試。流量測(cè)定利用國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)自制的繞流管實(shí)現(xiàn)。水泵軸功率安裝了自制遙測(cè)電阻應(yīng)變儀測(cè)量，揚(yáng)程采用數(shù)字水位傳感器測(cè)量。

2 軸功率測(cè)定

根據(jù)烏江泵站低揚(yáng)程大軸徑機(jī)組的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，采用的方法主要是運(yùn)用電阻應(yīng)變法。因?yàn)樗幂S旋轉(zhuǎn)，為能引出信號(hào)，采用基于無線傳輸技術(shù)自制的遙測(cè)電阻應(yīng)變儀測(cè)量水泵軸功率，實(shí)現(xiàn)無線測(cè)量。

2.1 應(yīng)變片布設(shè)

烏江泵站機(jī)組采用的是直接傳動(dòng)?？紤]標(biāo)定方便，在電機(jī)上沿與軸線呈45°粘貼電阻應(yīng)變片R1，用以測(cè)量主應(yīng)力的應(yīng)變,在軸四周等分角度粘貼四片應(yīng)變片以消除電機(jī)軸向荷載及可能存在的彎矩的影響，應(yīng)變片接成全橋電路作信號(hào)輸出。如圖1所示。

圖1 電阻應(yīng)變片粘貼示意圖

2.2 應(yīng)變電測(cè)信號(hào)傳輸

基于無線傳輸技術(shù)，研制新型無線應(yīng)變儀，主要有以下幾個(gè)部分組成：①微型鋰電池（12 V,12 Ah）；②單片機(jī)數(shù)據(jù)處理器模塊（ADC0510)；③微型信號(hào)發(fā)射器；④微型信號(hào)接收器；⑤數(shù)顯儀表。泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，粘貼于大軸表面的應(yīng)變片受到扭矩的影響，其電阻值發(fā)生變化，此變化信號(hào)經(jīng)放大處理后通過數(shù)據(jù)發(fā)射器發(fā)送，經(jīng)過無線接收器接收及處理后得到軸功率數(shù)據(jù)。如圖2所示。

圖2 應(yīng)變片電橋無線傳輸框圖

鑒于烏江泵站泵軸可操作空間小，應(yīng)變電測(cè)及標(biāo)定方案選擇在機(jī)泵聯(lián)軸器上部電機(jī)軸部位施行。其中應(yīng)變儀發(fā)射部分①～③隨電橋一起固定于電機(jī)軸，接收部分④⑤懸吊于電機(jī)軸旁圍欄上部或電機(jī)支座。如圖3、4所示。

圖3 電池、信號(hào)處理顯示發(fā)射器的固定

圖4 信號(hào)接收顯示器

2.3 應(yīng)變電測(cè)標(biāo)定

為消除材料性能不確定性影響，對(duì)應(yīng)變儀進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。在電機(jī)軸粘貼應(yīng)變片部位的上下各裝有專設(shè)的卡環(huán)，各卡環(huán)上焊接一要2 m長(zhǎng)的水平臂桿，桿端聯(lián)鋼絲繩，繩上掛LK -5拉力器和拉力調(diào)節(jié)器。當(dāng)調(diào)節(jié)拉力器時(shí)，泵軸扭矩發(fā)生變化，對(duì)照應(yīng)變儀輸出值和拉力計(jì)的讀數(shù)，得出實(shí)際狀態(tài)下的泵軸扭矩與橋路不平衡電壓確定的函數(shù)關(guān)系。圖5為扭矩現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定架。

圖5 扭矩現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定架

3 流量測(cè)定

烏江泵站進(jìn)口為雙肘形流道。實(shí)際測(cè)試采用泵進(jìn)口漸縮管段，繞流管流量計(jì)十字正交插入，此繞流管流量計(jì)是根據(jù)泵實(shí)際尺寸制作并經(jīng)南京航天航空大學(xué)風(fēng)洞標(biāo)定的，繞流管距離葉輪中心670 mm。繞流管安裝部位泵導(dǎo)水錐直徑Φ1 270 mm；漸縮管段高度415 mm。圖6為組裝好的帶截流閥繞流管流量計(jì)。

4 揚(yáng)程及電功率測(cè)試

烏江泵站下游為長(zhǎng)江，受潮汐影響較大，上游河道窄，容量小。揚(yáng)程測(cè)試?yán)蒙舷掠蔚臄?shù)字式水位傳感器，實(shí)時(shí)采集上下游的水位數(shù)據(jù)。機(jī)組的電功率利用機(jī)組高壓開關(guān)柜的綜合數(shù)字表采集。

5 測(cè)試結(jié)果及分析

針對(duì)烏江泵站的實(shí)際情況，在不同時(shí)期進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)多工況點(diǎn)（不同揚(yáng)程、不同葉片角度）流量、揚(yáng)程、電功率、泵軸扭矩（軸功率）參數(shù)測(cè)試。6月11日5號(hào)機(jī)在裝置揚(yáng)程Hsy≈0.88 m、葉片角度-6°。結(jié)果如表1所示：11月3日5號(hào)機(jī)在裝置揚(yáng)程Hsy≈4.75 m時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表1 Hsy≈0.88 m 5號(hào)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

表2 Hsy≈4.75 m 5號(hào)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)照測(cè)試結(jié)果及測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)觀察可以得出：

(1)機(jī)組在裝置揚(yáng)程0.88 m時(shí)（偏離額定揚(yáng)程較多），葉片角-6°運(yùn)行，流量較小，裝置效率較低，且水泵有汽蝕在；水泵層的噪音明顯偏高，振動(dòng)較大。

(2)對(duì)照表2可以看出，相同葉片角時(shí)，葉片角由小向大（序號(hào)1～7）所測(cè)流量小于由大向小（序號(hào)7～13）所測(cè)數(shù)值，其主要原因可能是：下游水位變化、人工讀數(shù)不同時(shí)、葉片角度調(diào)整后穩(wěn)定時(shí)間較短。但全部流量數(shù)值與電功率數(shù)值變化趨勢(shì)相同，應(yīng)可說明流量和功率讀數(shù)合理可信。

(3)根據(jù)換算成原型泵裝置綜合特性曲線，在揚(yáng)程4.75 m時(shí)，葉片角為-4°、-2°、0°時(shí)的流量分別為17.4 m3/s，19.7 m3/s和22.1 m3/s；裝置效率分別為74.4%、76.2%和75.5%.對(duì)照表2在對(duì)應(yīng)的葉片角度下：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)流量分別為17.9 m3/s、20.4 m3/s和22.97 m3/s；泵裝置效率指標(biāo)分別為68.58%、71.10%和71.51%，低于模型試驗(yàn)值5%～8%。這是由于泵站現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)組裝有拍門、出囗快速閘門及砼流道的影響。

(4)現(xiàn)場(chǎng)多次、多工況對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)了電機(jī)電功率和軸功率，其5號(hào)機(jī)電機(jī)效率均在95%以上。測(cè)試結(jié)果表明：大型電機(jī)效率較高，在正常運(yùn)用范圍內(nèi)數(shù)值變化很小?？梢哉J(rèn)為：作為泵站測(cè)試和指標(biāo)考核，對(duì)于機(jī)組配套有特殊性的泵站實(shí)測(cè)軸功率是必要的；常規(guī)泵站、電機(jī)為名廠產(chǎn)品，僅實(shí)測(cè)電功率，電機(jī)效率取廠家標(biāo)準(zhǔn)值可基本滿足泵站指標(biāo)考核要求。

6 量測(cè)誤差估算

6.1 流量測(cè)試誤差

水泵內(nèi)的水流比較紊亂，為提高測(cè)試精度，采取了多點(diǎn)測(cè)量。烏江泵站繞流管安裝位置點(diǎn)的過流斷面為環(huán)形，本次測(cè)試取8個(gè)測(cè)點(diǎn)。取測(cè)點(diǎn)數(shù)所造成的流速誤差±1%；現(xiàn)場(chǎng)尺寸測(cè)量的過流斷面面積誤差不大于±0.5%；繞流管的流速系數(shù)經(jīng)標(biāo)定誤差為±0.5%；傳感器誤差±0.2%；指示儀誤差±0.2%；讀數(shù)誤差±0.5%。則流量測(cè)定總誤差約：

6.2 軸功率測(cè)試誤差

軸功率測(cè)試誤差主要有標(biāo)定誤差、讀數(shù)誤差和儀表誤差。標(biāo)定誤差中又主要是測(cè)力架安裝誤差、臂桿長(zhǎng)度誤差、測(cè)力計(jì)誤差等。力的測(cè)定誤差±0.4%；標(biāo)定臂桿長(zhǎng)為2 m，相對(duì)誤差±0.2%；拉力計(jì)精度1級(jí)，誤差為±1%；關(guān)于指示儀表，因采用綜合精度較高（優(yōu)于0.2%）的數(shù)據(jù)處理模塊，指示儀表誤差較小，取±0.2%；儀表數(shù)顯穩(wěn)定，取讀數(shù)誤差=±0.5%。則軸功率總誤差約：

7 結(jié)束語

本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所采用的繞流管流量計(jì)為專利技術(shù)產(chǎn)品，精度較高。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試用繞流管流量計(jì)安裝、維護(hù)方便，經(jīng)久耐用；可用于泵站的日常監(jiān)測(cè)。軸功率測(cè)試所采用的遙測(cè)應(yīng)變儀國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，扭矩測(cè)定采用現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，測(cè)試精度高于《泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與安全檢測(cè)規(guī)程》規(guī)定，且粘貼于泵軸的電阻應(yīng)變片已作可靠保護(hù)，可滿足較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)任意運(yùn)行條件正常使用，為泵機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行提供充分?jǐn)?shù)據(jù)。