轴流泵站技术参数的确定及分析

何 源

(佛山市樵桑联围南海区管理所，广东 佛山528211)

随着我国社会经济建设步伐的加快，国家加大了对城乡水利基础设施建设的投资力度，水利基础设施建设数量日益增加。 泵站作为水利基础设施的重要组成部分，担负着农田灌溉、供水和蓄水等重任，在改善城乡生态环境、促进经济发展和提高人们物质生活水平方面发挥着不可替代的作用。但是，许多泵站的水泵由于受到运行年限长、操作不当、设备老化等因素的影响，水泵工况出现逐年下降的情况，这不仅影响到泵站抗旱灌溉效益的发挥，而且也会给农业的发展带来诸多不利的因素。 而泵站是泵站重要的水利枢纽设备，加快泵站水泵的更新改造显得刻不容缓。同时，加强研究轴流泵站技术参数的确定工作，对泵站以后的有效运作具有重要的意义。

1 灌溉工程和一级泵站概况

某高扬程电力排灌工程的灌区，灌溉面积83 万亩，建有泵站12座，安装不同类型的泵组133 台，装机容量为11.86 万kW，总抽水量60m3/s，安装16CJ-80 型全调节轴流泵7 台、36ZLB-70 型轴流泵2 台。泵站于1975 年动工，1979 年竣工投运， 截止2009 年底运行161223台时，累计抽水26.72 亿m3，泵站长期高效运行为灌区农业生产提供了稳定的水源。

但是随着泵站长期运行， 该站原先安装的轴流水泵工况逐年下降，已经影响到泵站抗旱灌溉效益的发挥，加快泵站更新改造刻不容缓，而水泵又是其更新改造的主要部件，研究泵站工程状况对轴流泵运行时技术参数的影响成为该站更新改造的关键。

2 对一级泵站进水流道水位分析

2.1 进水闸前水位统计分析

根据一级泵站1991 年～2008 年的闸前河道水位观测资料， 统计32 个灌季的闸前水位观测记录有1067 次，其中：冬灌水位222 次，春灌水位513 次，夏灌水位323 次，考虑到现有观测资料局限性，故采用累计频计算法对现有水位资料进行概略分析。 经统计计算，各灌季分别在50%、75%、80%和95%频率下的闸前水位分别如表1 所示，灌区设计灌溉保证率为75%，而75%与80%频率下的闸前水位接近(仅差0.05m），因此，最低水位分别按50%、80%和95%频率考虑，灌季进水闸前最低水位分别为351.73m、351.34m 和351.12m。

表1 一级站进水闸前水位统计分析结果汇总表(单位：m)

2.2 进水流道水位分析

由于一级站进水池无水位实测资料，在此可根据进水闸前水位进行推算。 根据现场多年观察， 前池水位较进水闸前水位约低0.30m～0.60m。按最不利情况，取进水闸至进水池间的水头损失为0.50m，则频率为50%、80%和95%时， 一级泵站进水池水位分别为351.23m、350.84m、350.62m。

2.3 出水池水位确定

由于一级泵站是以珠江为水源的电力提灌工程，工程引水闸设在58 号断面以上1km 处，渠首中心线与主流夹角75°。 进水闸底板高程比珠江枯水位低4.05m，比汛期河槽最深点低3.3m，能在最不利的低水位甚至是脱流情况下也能满足泵站引水要求。 又因为水含沙量大，对水泵磨蚀较为严重，管理单位在隧洞出口修建三个排沙漏斗，漏斗输沙道出口底板高程最低为351.50m，由此推算一级站出水池水位应为358m，而出水池实际最高水位356.86m，最低水位356.46m，按最低水位356.46m 计，出水池水位应需提高1.54m，以达到水泵正常运行之需要。

3 水泵叶片安放角位确认

一级站水泵经过改造，水泵叶片改为定浆式，其安放角位分别根据相关进行分析，改造后的水泵安放角位应该在-4°～0°之间，为了确定改造后水泵的实际安放角，其具体计算方法和过程如下。

3.1 管道水头损失

沿程水头损失为h 沿=10.29 (n2L/d5.33)Q2， 其中： 钢管糙率n 取0.015，管道直径d=1.8m，管道长度L=5.7m，则：h 沿=0.000575Q2；局部水头损失为h 局=0.183ξ 局(Q2/d4），局部损失主要数值为：进水口ξ 取0.3、 肘管按光滑90°弯管ξ 取0.44、60°弯管ξ 取0.295、 伸缩节ξ 取0.3、出水口ξ 取1.0，以上数值因资料有限，局部损失等系数可能与实际稍微有差异， 但对其损失计算影响并不大。 经过计算得出：h 局=0.0197Q2；管路总水头损失方程为h 损=h 沿+h 局=0.02028Q2。

3.2 分析水泵实际性能曲线

16CJ-80 型水泵性能曲线图来源于2002 年4 月设计院对一级站部分改造机组，而泵站实际运行测试数据来源于泵站现场测试中心提供的《现场测试报告》，水泵测试结果如表2。

表2 改造后水泵实际性能参数表

当H 净=4.729m、Q=8.3037m3/s 时，按h 损=SQ2=0.02028Q2=0.02028×8.30372=1.398m；h 总=4.729+1.398=6.127m， 当H 净=5.004 m、Q=8.007m3/s 时，h 总=6.304m； 当H 净=5.59m、Q=7.5961m3/s 时,h总=6.760m。

表3 叶片安放角β=-2°时的性能参数表

3.3 结论

将上述三组数据结合多年实测数据与16CJ-80 型水泵(性能曲线进行对比分析可以看出：该水泵叶片安放角在-4°～0°之间，接近-2°稍向左偏移)。 据此可以判定一级泵站轴流泵水泵实际安放角应该为-2°。

4 泵站出水池水位抬高后水泵工作点校核

4.1 绘制水泵性能曲线

一级站水泵的性能曲线是在中国水科院机电研究所提供的I19型轴流泵转轮(ns=680)和与之配套的C23 型导叶水力模型的性能曲线图基础上，根据改造泵提供的性能参数，绘制出安放角在-2°时的性能曲线。也根据其曲线推算出该泵叶片安放角β=-2°时，水泵性能和参数范围如表4。

表4 净扬程计算结果汇总表

4.2 水泵净扬程计算和工作点的确定

表5 一级站各频率水位下水泵工作点参数表

根据上述统计分析结果和出水池水位和其水池水位推算，泵站分别在50%、80%和95%频率水位下， 其净扬程如右表： 而水泵叶片β=-20 时， 管路损失曲线分别为：H 净50%=6.77m、H 净80%=7.16m、H净，95%=7.38m 和h 损=0.02028Q2。 同时根据相关资料，由水泵性能曲线图查得各频率水位下水泵工作点参数如表5。

5 结语

通过探讨轴流泵站技术参数的确定工作，笔者总结出以下几点结论：①泵站驼峰点扬程为8.3m，当P=50%时，实际总扬程为7.73m，富余扬程为0.57m，水泵基本能保证安全运行；②当水位出现不利变化时，水泵就可能进入马鞍形不稳定区运行，出现噪音、振动和断流等异常现象，效率降低，导致水泵不能正常运行；③通过更换水泵转轮，水泵的主要参数应满足下列转速250r/min， 配套功率不超过800kW，水泵扬程为8m，流量为7m3/s～8m3/s，且改造后的水泵效率能达到76%～85%，确保了泵站水泵可以发挥出最佳的效益。

［1］周宏.潜水轴流泵在中小型泵站更新改造中的应用[J].城市建设理论研究，2012（30）.

［2］张文渊.轴流泵站技术改造的探讨[J].机电技术，2000（01）.