南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗收試驗成果分析

1、南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗收試驗成果分析第3卷第5期2005年10月南水北調(diào)與水利科技Soutrto-N0nhWaterTransfersandWaterScience8.TechnologyVo1.3No.5Oct2005南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗收試驗成果分析張仁田,陸永泉.(1.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院,江蘇揚州225009;2.江蘇省水利工程建設(shè)局,南京210029)摘要:對南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗收試驗的內(nèi)容及試驗結(jié)果等進(jìn)行了分析,得出了裝置試驗結(jié)果符合合同要求的結(jié)論.同時.根據(jù)該試驗驗收過程提出了南水北調(diào)工程中泵站裝置驗收需要考慮的

2、若干建議,供其它類似泵站試驗驗收參考.關(guān)鍵詞:水泵;模型試驗;驗收;裝置;參數(shù)中圖分類號:X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-1683(2005)05001305ModelAcceptanceTestoftheBaoyingPumpingStationintheSouthto-NorthWaterProjectZHANGRentian.IUYong-quan.(1_JiangsuSurveying&DesignInstituteofWaterResources.,Ltd.Yangzhou225009;2.WaterConsernYEngineeringBureauoJJi

3、angsuProvime,Naing210029,China)Abstract:ThemodelacceptancetestisintroducedandaconclusionismadethattheresultsaresatisfactionwiththerequirementoftheContract.Asreference,somesuggestionsareputforwardforthemodelacceptancetestsintheSouth-to-NorthWaterProjecttobesimilarwiththispurepingstation.Keywords:pump

4、;modeltest:acceptance:systemparameterl概述寶應(yīng)泵站是南水北調(diào)東線工程的第一梯級泵站,也是東線工程首座開工的泵站.寶應(yīng)泵站位于江蘇省寶應(yīng)縣汜水鎮(zhèn)東南約5km處,主要作用是向北調(diào)水,并可結(jié)合抽排里下河地區(qū)澇水,泵站設(shè)計規(guī)模為100ITI/s,設(shè)計中采用全調(diào)節(jié)導(dǎo)葉式混流泵4臺套,泵及泵站的主要參數(shù)如表1所列.根據(jù)招標(biāo)文件的規(guī)定,主水泵采用中,外合作的方式進(jìn)行加工制造,外方廠商負(fù)責(zé)其中2臺葉輪及中置式環(huán)保型液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的加工,同時負(fù)責(zé)泵站裝置的水力設(shè)計和水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計.裝置模型驗收試驗由外方承擔(dān).通過競爭性招標(biāo).最終由國內(nèi)的無錫市錫泵制造和日本的日立制作所組成的聯(lián)

5、營體中標(biāo),裝置模型驗收試驗在日立制作所土浦工場的模型試驗臺上進(jìn)行,并于2003年12月通過了中方的驗收.本文對驗收試驗的情況進(jìn)行簡要的介紹.并對有關(guān)問題進(jìn)行探討,供南水北調(diào)工程中其它泵站的裝置模型驗收試驗參考.表1寶應(yīng)泵站基本參數(shù)2裝置模型試驗2.1試驗臺及測試裝置試驗臺中的流道裝置和模型泵按照日本國家規(guī)范-的規(guī)定制作,模型泵的葉輪直徑為300rnlTl,采用不銹鋼制作,外殼收稿日期:20050510基金項目:水利部”948”項目,(200421)作者簡介:張仁田(1964一),男,江蘇建湖人,博士,教授級高級工程師,主要從事水力機(jī)械專業(yè)工程設(shè)計,咨詢和研究工作.第3卷總第19期?南水北調(diào)與水

6、利科技?2005年第5期采用透明材料制作,在進(jìn)水流道和出水流道分別設(shè)置了3處觀察窗,見圖1.日立公司的試驗臺為密閉式循環(huán)試驗臺,吸入壓力通過與壓力罐聯(lián)接的空壓機(jī)及真空泵進(jìn)行調(diào)整,出水廣妻戶裹藩l門流量由流量調(diào)節(jié)閥和加壓泵進(jìn)行調(diào)整.在流道裝置的上游和下游側(cè)均安裝了4倍管路水力直徑的直管,以達(dá)到進(jìn)口和出口壓力均勻和穩(wěn)定之目的.圖1試驗臺模型裝置試驗中采用的主要測試設(shè)備包括電磁流量計,壓力傳感器,扭矩儀,電磁式旋轉(zhuǎn)計,溫度傳感器和壓力脈動測定使用的小型壓力變送器等,這些設(shè)備的精度均滿足IEC193和日本規(guī)范1等有關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求.2.2試驗項目及試驗方法驗收試驗的項目包括:(1)水泵泵段試驗成果的檢

7、查與確認(rèn);(2)測量儀器校準(zhǔn)成果的檢查;(3)不同葉片安放角下的能量特性試驗;(4)不同安放角下的氣蝕特性試驗;(5)不同安放角下的飛逸特性試驗;(6)不同葉片安放角下的壓力脈動試驗:(7)模型水泵葉片及流道裝置的尺寸檢查等.2.2.1能量特性試驗方法根據(jù)規(guī)范1的規(guī)定進(jìn)行,測量流量,進(jìn)口壓力,出口壓力,扭矩,轉(zhuǎn)速,氣溫,水溫和大氣壓力等參數(shù).進(jìn)口和出口壓力測點布置在其上游和下游的2倍水力直徑處.試驗過程中維持NPSH值在25m,保證模型水泵運行在無氣蝕發(fā)生工況.不同葉片安放角下在流量為最高效率點的0120%范圍內(nèi)測試7個點.2.2.1氣蝕性能試驗方法試驗中改變NPSH有效值,按照揚程下降3確定

8、NPSH的臨界值,同時記錄效率下降1的NPSH臨界值作為參考.每個葉片安放角按照揚程6.4m,7.6m和8.0m等工況點進(jìn)行試驗,并記錄無氣蝕發(fā)生和揚程下降3時葉片壓力面和負(fù)壓面的流態(tài)圖片.整個試驗過程進(jìn)水流道中均無漩渦形成.2.2.3飛逸特性試驗方法在葉片安放角為00時,通過調(diào)整升壓泵使模型裝置中的水泵反向轉(zhuǎn)速為800,1000和1230r/min時力矩基本上保持為0,進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量,包括流量,進(jìn)口壓力,出口壓力,力矩和轉(zhuǎn)速,試驗過程中維持NPSH值為25ITI.2.2.4壓力脈動試驗方法在模型裝置的進(jìn)水流道壁面和模型水泵葉輪與殼體之間的壁面處布置壓力脈動測定點,見?14:墨墨圖1,采用壓力

9、傳感器進(jìn)行脈動值的測量.以葉片頻率(“一1230r/min,Z一4)作為基頻采用FFT法進(jìn)行壓力脈動的頻譜分析.2.2.5模型泵加工精度檢查方法根據(jù)規(guī)范的規(guī)定ll,對模型裝置進(jìn)行加工誤差檢查,其中取三個截面用樣板檢查葉片的型線,取二個截面用樣板檢查導(dǎo)葉體的型線,葉片及導(dǎo)葉其它尺寸,進(jìn)水流道和出水流道的各部位尺寸等采用卡規(guī),卡尺及專用工具進(jìn)行檢查.3試驗結(jié)果及分析3.1試驗參數(shù)換算方法根據(jù)合同規(guī)定的性能參數(shù)換算方法,流量,揚程和功率均采用相似率進(jìn)行換算.不修正;效率采用規(guī)定的公式進(jìn)行換算,主要公式如下:l00g07O一g=-5O柏3O2010O1O1520253oQ(mVmin)圖2模型裝置特性

10、曲線Qf,=Q.(npJ【Dp).206一蘭2詈三.a.T-.一i曼一張仁田等?南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗收試驗成果分析HrH,nl,Dl,)P=9.81QH/.s(l-()式中:Q一原型泵流量(nl/s);D一泵葉輪直徑(iil/n);H揚程(m);泵轉(zhuǎn)速(r/min);P原型泵軸功率(kW);礦_效率().下標(biāo)P原型;m模型.3.2模型試驗結(jié)果根據(jù)合同規(guī)定的保證值,主要能量參數(shù)結(jié)果匯總見表2,性能曲線如圖2所示.根據(jù)合同規(guī)定的權(quán)重,模型裝置加權(quán)平均效率保證值不低于79.9,試驗值為80.5.特征揚程下按照揚程下降3確定的NPSHr值如表3所列.表2特征揚程下能量特性參數(shù)表3

11、特征揚程下NPSHr值匯總反向飛逸特性試驗結(jié)果及單位飛逸轉(zhuǎn)速計算成果如表4所列,模型裝置單位飛逸轉(zhuǎn)速為179.7r/min.換算到真機(jī)設(shè)計揚程下的飛逸轉(zhuǎn)速為168r/min.為額定轉(zhuǎn)速的1.34倍.按照葉頻()的倍數(shù)對葉片安放角為o.和一2.的振幅表4飛逸特性試驗及單位飛逸轉(zhuǎn)速計算成果1S?第3卷總第19期?南水北調(diào)與水利科技?2005年第5期進(jìn)行頻譜分析,結(jié)果見表5,設(shè)計揚程下葉片安放角為O0時進(jìn)口和出口的頻譜圖見圖4.3.3目擊驗收試驗根據(jù)合同規(guī)定,在葉片安放角為一2.時進(jìn)行了能量特性試驗,共測量了從大流量至零流量共9個工況點,驗收結(jié)果與提交結(jié)果對比如圖5所示.進(jìn)行了設(shè)計揚程下的氣蝕試驗和

12、三個揚程下的壓力脈動測試.目擊試驗還包括了模型葉輪尺寸檢查,檢查的尺寸包括葉片間距P.,葉片長度L.,葉片高度H-和葉片安放角,葉片厚度和三個截面的型線,檢查項目的誤差均復(fù)核要求,葉片型線檢查結(jié)果如表6所列,目擊測量圖例見圖6.圖4壓力脈動頻譜分析結(jié)果表5壓力脈動頻率振幅分析1l907(1墓60504)30alf)t$L.-一/_一J【/-_一測量誤差主要包括揚程測量(壓力測量)誤差,流量測量誤差,力矩測量誤差和轉(zhuǎn)速測量誤差等,根據(jù)試驗臺中設(shè)備的率定情況.綜合誤差分析見表7.試驗臺效率測量的綜合誤差為:一±,ll一±Vo.59+0.44+0.40+0.15一±0.

13、85()符合合同規(guī)定的要求j,因此模型裝置試驗運行工況范圍內(nèi)性能數(shù)據(jù)均滿足合同要求,見表2.流量試驗的裝置效率指標(biāo)較高,最優(yōu)工況點效率達(dá)到了81.5(已扣除進(jìn)口收縮和出口擴(kuò)散損失影響1),高效率范圍寬.表明水泵模型和進(jìn)水,出水流道的水力設(shè)計是成功的,能量指標(biāo)處于國際先進(jìn)水平.氣蝕驗收試驗按揚程下降3的NPSH結(jié)果均滿足合同要求,但按照效率下降1均不能滿足合同要求,按兩種方式確定的NPSH值對比表見表7,因此在進(jìn)行泵站設(shè)計考慮葉輪淹沒深度時,需留有余量.確保泵站的安全運行.從壓力脈動驗收試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同葉片安放角下,葉輪出口處的低頻壓力脈動值變幅較大.需要在進(jìn)行真泵設(shè)計時引起注意,分析引起脈

14、動變化的原因,而且在泵站投入運行時加強(qiáng)觀測,以保證泵站的穩(wěn)定運行.表7不同確定方法的NPSH值對照葉片安放角+2.0.一2.一4.一6.-8.一1O.4建議寶應(yīng)泵站是南水jE調(diào)東線一期工程中最早進(jìn)行設(shè)備采購的泵站,而且采用了國外技術(shù),由于缺乏借鑒經(jīng)驗,因此在模型裝置試驗的技術(shù)要求,驗收方式與內(nèi)容方面均存在一些不足之處.現(xiàn)提出幾點建議供南水北調(diào)工程中其它泵站模型裝置驗收參考.(1)關(guān)于模型裝置的規(guī)定.我國規(guī)范要求模型泵的進(jìn),出水流道應(yīng)直接與試驗臺的進(jìn),出水側(cè)容器相連,以盡可能模擬真實泵站的進(jìn),出水條件.但是國際規(guī)范及日本規(guī)范中均沒有類似的規(guī)定,因此在寶應(yīng)站的模型裝置試驗中進(jìn),出水流道直接用管道連

15、接.相比之下.進(jìn)口收縮損失和出口擴(kuò)散損失均小于中國規(guī)范.經(jīng)過分析對裝置效率的影響在0.51.0.因此,建議在模型裝置驗收試驗的技術(shù)要求中明確規(guī)定采用我國規(guī)范對裝置的要求.(2)關(guān)于氣蝕試驗中NPSH臨界值的確定.我國規(guī)范要求按效率下降1或揚程下降(2+K/2)×H確定,二者取9一,1大值作為臨界氣蝕余量NPSHc,其中型式系數(shù)K-等(gHJ在本次試驗中,設(shè)計工況下K一3,但日本規(guī)范規(guī)定按揚程下降3確定.從圖3中可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)揚程下降3時葉片的壓力面和負(fù)壓面均充滿了氣蝕氣泡,而且通過效率的測定,全部工況點在揚程下降3之前效率已下降了1,兩種方法確定NPSH的差距對照見表7,因此建議其它泵

16、站的模型裝置驗收試驗中明確規(guī)定按照我國規(guī)范的要求進(jìn)行試驗,以保證泵站運行的安全.(3)在我國的現(xiàn)行規(guī)范中雖然考慮了模型泵裝置試驗的有關(guān)內(nèi)容,但對模型裝置中進(jìn),出水流道尺寸的允許偏差和粗糙度均沒有明確規(guī)定,而日本的規(guī)范中雖有規(guī)定,但也不全面,僅有水平長度,垂直高度和進(jìn)口出口寬度等主要尺寸.在本次驗收試驗中,參照導(dǎo)葉體的加工進(jìn)度要求對進(jìn)水流道的進(jìn)口收縮段(分二段),肘形彎管,出水流道的出水彎管,上升段,喉管和下降段分別進(jìn)行加工精度檢查.對于南水北調(diào)工程中的低揚程泵站,進(jìn)水和出水流道的加工精度對裝置性能有顯著影響,其影響程度并不亞于模型葉輪,是不可忽視的重要因素.因此,為泵站南水北調(diào)工程中模型裝置試

17、驗成果的可靠性和可比性,建議對幾種主要裝置型式的進(jìn)水和出水流道加工精度作出統(tǒng)一的規(guī)定,同時也能促進(jìn)模型裝置中流道加工質(zhì)量的進(jìn)一步提高.(4)關(guān)于壓力脈動試驗.隨著機(jī)組大型化和性能指標(biāo)的提高,機(jī)組穩(wěn)定性是一項不可忽視的重要因素,從本次壓力脈動試驗結(jié)果來看,在一2.時葉輪出口的一階壓力脈動比0.時有大幅增加,見表5.由于影響壓力脈動的因素較多,其中水力因素就包括氣蝕振動,卡門渦等,而這些因素的反映又與測點的布置有關(guān),現(xiàn)有的規(guī)范均沒有對測點的位置有明確規(guī)定,因此建議根據(jù)南水北調(diào)泵站的重要性和具體型式,對模型裝置中壓力脈動試驗的測點布置,測點數(shù)量,測試方法及評判標(biāo)準(zhǔn)等作出具體規(guī)定,供模型裝置驗收試驗時使用.參考文獻(xiàn):1JapaneseStandardsAssoci