引江济淮工程派河口泵站水泵模型的选择

余 泳

（安徽省水利水电勘测设计院 合肥 230088）

1 工程概况

派河口泵站枢纽位于引江济淮工程江淮沟通段，担负将江水输送至派河段输水河道的任务，河道长度为30km，泵站年运行小时数2949h。泵站设计流量301.5m3/s（含船闸用水量6.5m3/s），最高净扬程5.3m，设计净扬程4.8m，最低净扬程0.2m。

2 水泵模型的初步选择

派河口泵站设计净扬程4.8m，宜选用轴流泵模型。经广泛收集国内先进的轴流泵水力模型，其中有水利部2004年《南水北调工程水泵模型同台测试》中的25个水力模型（TJ04-ZL-*）；扬州大学研制并经天津轴流泵同台测试的2个水力模型（TJ05-ZL-01～02）。

经比选上述轴流泵水力模型后，选择高效区与该站扬程相近的TJ04-ZL-06、TJ04-ZL-19水力模型。这两种模型均有成功运用的实例，具体见表1。

表1 各层土的物理性指标建议值表

3 两种水泵模型的比选

一般低扬程轴流泵站水泵选型的目标可概括为：设计扬程保流量、平均扬程高效率、最高扬程能运行、最低扬程无异常。派河口泵站的进出水池水位均有较大的调节余地，低扬程的情况出现几率小，即经常运行工况位于较高扬程。所以派河口泵站选型的目标要使得水泵装置在较高扬程工况下高效运行。为便于比较，两种模型均按原型叶轮直径3.1m，转速136.4r/min换算。流量、扬程和空化余量的换算公式按照《水泵模型及装置模型验收试验规程》（SL 140-2006）中规定的公式计算，效率不做修正。

3.1 按等流量加大扬程的方法比选

派河口泵站在可研阶段采用的是等流量加大扬程法（扬程加损失），即认为泵段的流量等于泵装置的流量，泵段的扬程等于泵装置的扬程加上水力损失，不同工况的水力损失系数S为常数。设计工况38m3/s时的水力损失参考同类型泵站约为0.7m，闸门门槽的损失按0.2m计，折算成损失系数S为0.00062。

比较TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-19运用等流量加大扬程方法的选型结果，从图1、图2原型泵段综合性能曲线可以看出，该站若选用TJ04-ZL-19模型时原型的效率高于选用TJ04-ZL-06模型时原型的效率，选用TJ04-ZL-06模型时原型的运行范围向上偏离了高效区。TJ04-ZL-19模型的空化性能优于TJ04-ZL-06模型的空化性能。故可研阶段推荐采用TJ04-ZL-19水泵模型。

3.2 按等扬程加大流量的方法比选

水泵装置模型试验表明，进水流道和出水流道的损失系数S不是常数，这是由于低扬程泵装置中泵与流道的内部流动是相互影响的，叶轮对进出口流态的影响，尤其是水泵的后导叶体出口水流不均匀，有剩余环量，出水流道中的损失与泵密切相关。因此采用等流量加大扬程方法的选型存在一定的偏差，装置试验时往往表现为水泵的扬程偏高。

为了达到选泵合理，应了解泵段性能和装置性能之间的大致关系。为此引用一些近年南水北调等重要工程的模型装置试验数据，并和泵段数据加以比较，统计出一般规律：

流量系数（泵装置流量/泵段流量）为0.92～0.95，立式轴流泵常用0.94；

表2 加大流量法水泵性能参数比较表

扬程系数（泵装置扬程/泵段扬程）为0.98～1.09，立式轴流泵常用1.0；

效率系数（泵装置扬程—泵段扬程）为-6%～-10%，立式轴流泵常用-8%。

因此，对于轴流泵较合理的选型方法是采用选型系数法，即等扬程加大流量的方法。

比较TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-19运用加大流量法的选型结果，从表2及原型泵段综合性能曲线（图3，图4）可以看出，该站若选用TJ04-ZL-06模型时原型的效率高于选用TJ04-ZL-19模型时原型的效率。选用TJ04-ZL-06模型时原型在设计及以上扬程工况点运行时运行范围位于高效区，选用TJ04-ZL-19模型时原型的运行范围向下偏离了高效区，这样不仅效率较低，也会影响机组运行的稳定性。TJ04-ZL-19模型的空化性能优于TJ04-ZL-06模型的空化性能。但考虑到派河口泵站叶轮中心高程为-0.575m，最低淹没深度4.175m，若选用TJ04-ZL-06模型空化余量能够满足要求，且水泵正常运行工况位于较高扬程，故初设阶段推荐采用TJ04-ZL-06水泵模型。

图1 TJ04-ZL-06水泵原型泵段综合性能曲线图（加大扬程法选型）

图2 TJ04-ZL-19水泵原型泵段综合性能曲线图（加大扬程法选型）

图3 TJ04-ZL-06水泵原型泵段综合性能曲线图（加大流量法选型）

图4 TJ04-ZL-19水泵原型泵段综合性能曲线图（加大流量法选型）

3.3 参考同类型泵装置进行比选

无论是加大扬程法还是加大流量法选型都是基于水泵泵段的性能，但现有泵站的试验表明，泵段和带上进出水流道的水泵装置的性能有较大的差别，在这种情况下，按已有的水泵模型装置的试验成果进行水泵选型与按泵段性能进行水泵选型相比，准确性更高。大量的试验结果表明，不同叶轮在同一装置下的水力损失与同一叶轮在不同装置下的水力损失相比，叶轮的影响明显大于装置型式的影响，因此在利用现有水泵模型装置的试验成果进行水泵选型时，应选用具有相同水泵模型的模型装置。派河口泵站拟采用肘型进水流道、低驼峰式出水流道。现有南水北调的山东长沟站、山东八里湾站分别采用06、19号水泵模型，这两座泵站的水泵装置都是肘型进水、低驼峰式出水。

从图5、图6可以看出参考同类型泵装置进行换算后的效率及运行范围与等扬程加大流量的方法相近，选用TJ04-ZL-06水泵模型性能较优。

图5 TJ04-ZL-06水泵原型装置综合性能曲线图（按长沟站装置模型换算）

图6 TJ04-ZL-19水泵原型装置综合性能曲线图（按八里湾站装置模型换算）

4 结语

（1）低扬程水泵装置最优工作点的位置与水泵模型和流道密切相关，水泵选型时应尽量参考同一水泵模型和相同流道型式的水泵装置试验数据。

（2）对于低扬程轴流泵站，若缺少已有同类型泵站装置试验数据，采用“等扬程加大流量”较传统的“等流量加大扬程”的选型方法更为合适。从比选结果可以看出，TJ04-ZL-06较TJ04-ZL-19更适合于派河口泵站。下阶段可适当加大原型的叶轮直径，使得原型机组的运行工况更靠近高效区，运行更稳定