徐衛(wèi)星

（望江縣水利局，安徽 安慶 246200）

1 引言

水泵是泵站工程的重要組成部分，其性能對(duì)泵站樞紐工程效益影響較大[1-3]。因此，為了選取適宜的水泵型式，提前進(jìn)行分析是非常必要的。目前，在水泵性能研究中通常采用數(shù)值模擬與物理模型試驗(yàn)方法，兩種方法均可準(zhǔn)確分析水泵的各項(xiàng)性能，在工程實(shí)踐中有廣泛的使用[4-6]。本文結(jié)合漳湖新站樞紐工程實(shí)際情況，采用模型試驗(yàn)方法對(duì)水泵性能進(jìn)行分析。

2 工程概況

漳湖新站樞紐工程由引水渠道、進(jìn)水控制閘、前池及進(jìn)水池、泵房、壓力水箱、出水箱涵、出水控制閘及場(chǎng)區(qū)內(nèi)外交通工程等輔助工程組成。泵站為堤后常規(guī)干室型泵站，正向進(jìn)出水布置。泵房前接前池及進(jìn)水池，出水管后接壓力水箱。機(jī)組一字型排列。抽排和自排通道在壓力匯水箱末端匯集于一起，并通過(guò)出水箱涵與長(zhǎng)江連通。前池及進(jìn)水池為正向進(jìn)水開(kāi)敞式布置。

漳湖泵站位于長(zhǎng)江下游北岸漳湖圩排水區(qū)，排湖工況設(shè)計(jì)流量為105 m3/s，排圩工況設(shè)計(jì)流量為91.5 m3/s，共安裝6臺(tái)立式全調(diào)節(jié)混流泵，總裝機(jī)容量6×2 300 kW。泵站安裝立式全調(diào)節(jié)混流泵6臺(tái)，葉輪直徑2 200 mm、額定轉(zhuǎn)速為200 r/min。排湖工況設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程5.72 m，排圩工況設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程7.87 m。泵站參數(shù)如表1所示。

表1 漳湖泵站參數(shù)表

3 模型水泵與泵裝置

漳湖泵站為立式混流泵裝置，肘型流道進(jìn)水、平直管出水。模型泵采用TJ11-HL-04水泵水力模型，模型泵葉輪直徑D=320 mm，水泵裝置模型比尺為1∶6.875。模型葉輪葉片數(shù)為3，用鑄銅材料數(shù)控加工成型。模型導(dǎo)葉葉片數(shù)為7，導(dǎo)葉片采用鋼板數(shù)控加工成型，導(dǎo)葉體外殼采用鋼板焊接而成[7]。進(jìn)出水流道采用鋼板焊接制作，模型泵裝置如圖1所示。

圖1 漳湖泵站水泵裝置模型

4 泵裝置模型試驗(yàn)結(jié)果

4.1 能量性能試驗(yàn)

水泵裝置模型試驗(yàn)測(cè)試了6個(gè)葉片安放角度（-8°、-6°、-4°、-2°、0°及+2°）的能量性能。各角度最優(yōu)工況參數(shù)如表2所示。漳湖泵站水泵裝置模型綜合特性曲線見(jiàn)圖2（轉(zhuǎn)速為1 375 r/min，葉輪直徑為320 mm）。按特征參數(shù)換算公式換算，漳湖泵站原型泵裝置綜合特性曲線見(jiàn)圖3（轉(zhuǎn)速為200 r/min，葉輪直徑為2 200 mm）。

圖3 漳湖泵站原型水泵裝置綜合特性曲線

表2 模型水泵裝置性能試驗(yàn)最優(yōu)效率數(shù)據(jù)表

表3 -8°空化試驗(yàn)采樣數(shù)據(jù)表

試驗(yàn)結(jié)果表明：葉片角度在-2.6°，泵裝置在設(shè)計(jì)總揚(yáng)程6.94 m（含出水箱涵水力損失CFD預(yù)測(cè)值約為1.22 m），抽水流量為設(shè)計(jì)流量389 L/s時(shí)，水泵模型裝置效率為81%，滿足技術(shù)要求的72%；泵裝置在設(shè)計(jì)總揚(yáng)程8.84 m（含出水箱涵水力損失CFD預(yù)測(cè)值約為0.97 m），抽水流量為設(shè)計(jì)流量339 L/s時(shí)，水泵模型裝置效率為85.3%，滿足技術(shù)要求的72%。

4.2 空化試驗(yàn)

空化試驗(yàn)采用定流量的能量法，圖4為葉片角度-4°，5個(gè)流量工況點(diǎn)下空化圖，其中虛線框線內(nèi)為汽蝕發(fā)生時(shí)氣泡發(fā)生情況。

圖4 5個(gè)流量工況點(diǎn)下空化圖（-4°）

葉片安放角-2°時(shí)，各揚(yáng)程工況下臨界空化余量均在10.0 m以內(nèi)；其中11.22 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為9.2 m，9.97 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為8.6 m，7.87 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為6.7 m，5.72 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為7.2 m，2.8 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為8.8 m。

4.3 飛逸特性試驗(yàn)

水泵各葉片安放角下的單位飛逸轉(zhuǎn)速如表4和表5。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果整理可得泵站原型泵飛逸特性曲線，如圖5所示。

圖5 漳湖泵站原型泵裝置飛逸特性曲線

表4 各葉片安放角下的單位飛逸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)表

表5 各葉片安放角下原型泵飛逸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)表（最大揚(yáng)程11.22 m時(shí)）

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知：水泵葉片的安放角越小，單位飛逸轉(zhuǎn)速越高；當(dāng)水泵葉片角度在-2°時(shí)，原型泵在最高凈揚(yáng)程11.22 m下的最大飛逸轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的1.79倍。

4.4 水壓脈動(dòng)試驗(yàn)

水壓脈動(dòng)測(cè)試采用4個(gè)CY301高頻動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)變送器測(cè)量,配用RS485-20采集儀數(shù)據(jù)采集。

壓力脈動(dòng)傳感器安裝在出水流道工作閘門(mén)處（P1）、導(dǎo)葉出口處（P2）、葉輪出口處（P3）及葉輪進(jìn)口（P4），位置如圖6所示。

圖6 壓力脈動(dòng)傳感器安裝位置

分別對(duì)水泵模型葉輪葉片6個(gè)葉片安放角度（-8°、-6°、-4°、-2°、0°及+2°）能量試驗(yàn)過(guò)程中的4個(gè)工況點(diǎn)（包括最低揚(yáng)程，排湖（洪）設(shè)計(jì)揚(yáng)程，排圩/排湖+排圩設(shè)計(jì)揚(yáng)程及最高揚(yáng)程）水壓脈動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試，為更易觀察壓力脈動(dòng)波動(dòng)情況，在系統(tǒng)補(bǔ)滿水時(shí)采集零點(diǎn)，并扣除初始水壓力，試驗(yàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速為1 375 r/min。

結(jié)果表明，在所測(cè)揚(yáng)程范圍內(nèi)，出水流道工作閘門(mén)處（P1）、導(dǎo)葉出口處（P2）、葉輪出口處（P3）及葉輪進(jìn)口（P4）峰峰值在對(duì)應(yīng)揚(yáng)程下最大相對(duì)幅值為17%、17%、9%、10%，葉輪進(jìn)出口處脈動(dòng)幅值隨揚(yáng)程增加而增加，呈周期性波動(dòng)。葉輪出口處主頻相對(duì)穩(wěn)定，為1倍葉頻，其余位置主頻主要為低頻位置，對(duì)應(yīng)振幅較小?？傮w符合常規(guī)混流泵水壓脈動(dòng)規(guī)律，無(wú)異?，F(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）能量試驗(yàn)結(jié)果表明，葉片角度在-2.6°，泵裝置在設(shè)計(jì)總揚(yáng)程6.94 m（含出水箱涵水力損失CFD預(yù)測(cè)值約為1.22 m），抽水流量為設(shè)計(jì)流量389 L/s時(shí)，水泵模型裝置效率為81%，滿足技術(shù)要求的72%；泵裝置在設(shè)計(jì)總揚(yáng)程8.84 m（含出水箱涵水力損失CFD預(yù)測(cè)值約為0.97 m），抽水流量為設(shè)計(jì)流量339 L/s時(shí)，水泵模型裝置效率為85.3%，滿足技術(shù)要求的72%。

（2）空化試驗(yàn)結(jié)果表明，原型泵裝置在葉片安放角-2°時(shí)，各揚(yáng)程工況下臨界空化余量均在10.0 m以內(nèi)；其中11.22 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為9.2 m，9.97 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為8.6 m，7.87 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為6.7 m，5.72 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為7.2 m，2.8 m揚(yáng)程時(shí)臨界空化余量為8.8 m。

（3）葉片安放角越小，單位飛逸轉(zhuǎn)速越高；在所有葉片角度和流量下，進(jìn)水流道內(nèi)流態(tài)穩(wěn)定，無(wú)明顯漩渦產(chǎn)生，水泵運(yùn)行平穩(wěn)。