南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗(yàn)收試驗(yàn)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(yàn)收試驗(yàn)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(yàn)收試驗(yàn)成果分析張仁田,陸永泉.(1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,江蘇揚(yáng)州225009;2.江蘇省水利工程建設(shè)局,南京210029)摘要:對(duì)南水北調(diào)東線一期工程寶應(yīng)泵站水泵裝置模型驗(yàn)收試驗(yàn)的內(nèi)容及試驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行了分析,得出了裝置試驗(yàn)結(jié)果符合合同要求的結(jié)論.同時(shí).根據(jù)該試驗(yàn)驗(yàn)收過(guò)程提出了南水北調(diào)工程中泵站裝置驗(yàn)收需要考慮的

2、若干建議,供其它類似泵站試驗(yàn)驗(yàn)收參考.關(guān)鍵詞:水泵;模型試驗(yàn);驗(yàn)收;裝置;參數(shù)中圖分類號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(jí)泵站,也是東線工程首座開(kāi)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(jì)規(guī)模為100ITI/s,設(shè)計(jì)中采用全調(diào)節(jié)導(dǎo)葉式混流泵4臺(tái)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(tái)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(shí)負(fù)責(zé)泵站裝置的水力設(shè)計(jì)和水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).裝置模型驗(yàn)收試驗(yàn)由外方承擔(dān).通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性招標(biāo).最終由國(guó)內(nèi)的無(wú)錫市錫泵制造和日本的日立制作所組成的聯(lián)

5、營(yíng)體中標(biāo),裝置模型驗(yàn)收試驗(yàn)在日立制作所土浦工場(chǎng)的模型試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行,并于2003年12月通過(guò)了中方的驗(yàn)收.本文對(duì)驗(yàn)收試驗(yàn)的情況進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹.并對(duì)有關(guān)問(wèn)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(yàn)收試驗(yàn)參考.表1寶應(yīng)泵站基本參數(shù)2裝置模型試驗(yàn)2.1試驗(yàn)臺(tái)及測(cè)試裝置試驗(yàn)臺(tái)中的流道裝置和模型泵按照日本國(guó)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(xiàng)目:水利部”948”項(xiàng)目,(200421)作者簡(jiǎn)介:張仁田(1964一),男,江蘇建湖人,博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事水力機(jī)械專業(yè)工程設(shè)計(jì),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(jiàn)圖1.日立公司的試驗(yàn)臺(tái)為密閉式循環(huán)試驗(yàn)臺(tái),吸入壓力通過(guò)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(mén)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(yàn)臺(tái)模型裝置試驗(yàn)中采用的主要測(cè)試設(shè)備包括電磁流量計(jì),壓力傳感器,扭矩儀,電磁式旋轉(zhuǎn)計(jì),溫度傳感器和壓力脈動(dòng)測(cè)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(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法驗(yàn)收試驗(yàn)的項(xiàng)目包括:(1)水泵泵段試驗(yàn)成果的檢

7、查與確認(rèn);(2)測(cè)量?jī)x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(yàn);(4)不同安放角下的氣蝕特性試驗(yàn);(5)不同安放角下的飛逸特性試驗(yàn);(6)不同葉片安放角下的壓力脈動(dòng)試驗(yàn):(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(yàn)方法根據(jù)規(guī)范1的規(guī)定進(jìn)行,測(cè)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(cè)點(diǎn)布置在其上游和下游的2倍水力直徑處.試驗(yàn)過(guò)程中維持NPSH值在25m,保證模型水泵運(yùn)行在無(wú)氣蝕發(fā)生工況.不同葉片安放角下在流量為最高效率點(diǎn)的0120%范圍內(nèi)測(cè)試7個(gè)點(diǎn).2.2.1氣蝕性能試驗(yàn)方法試驗(yàn)中改變NPSH有效值,按照揚(yáng)程下降3確定

8、NPSH的臨界值,同時(shí)記錄效率下降1的NPSH臨界值作為參考.每個(gè)葉片安放角按照揚(yáng)程6.4m,7.6m和8.0m等工況點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),并記錄無(wú)氣蝕發(fā)生和揚(yáng)程下降3時(shí)葉片壓力面和負(fù)壓面的流態(tài)圖片.整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)水流道中均無(wú)漩渦形成.2.2.3飛逸特性試驗(yàn)方法在葉片安放角為00時(shí),通過(guò)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(shí)力矩基本上保持為0,進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量,包括流量,進(jìn)口壓力,出口壓力,力矩和轉(zhuǎn)速,試驗(yàn)過(guò)程中維持NPSH值為25ITI.2.2.4壓力脈動(dòng)試驗(yàn)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(dòng)測(cè)定點(diǎn),見(jiàn)?14:墨墨圖1,采用壓力

9、傳感器進(jìn)行脈動(dòng)值的測(cè)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(dòng)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(duì)模型裝置進(jìn)行加工誤差檢查,其中取三個(gè)截面用樣板檢查葉片的型線,取二個(gè)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(yàn)結(jié)果及分析3.1試驗(yàn)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(yáng)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(yàn)收試驗(yàn)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(yáng)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(yàn)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(jiàn)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(yàn)值為80.5.特征揚(yáng)程下按照揚(yáng)程下降3確定的NPSHr值如表3所列.表2特征揚(yáng)程下能量特性參數(shù)表3

11、特征揚(yáng)程下NPSHr值匯總反向飛逸特性試驗(yàn)結(jié)果及單位飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)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(jì)揚(yáng)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(duì)葉片安放角為o.和一2.的振幅表4飛逸特性試驗(yàn)及單位飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)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(jiàn)表5,設(shè)計(jì)揚(yáng)程下葉片安放角為O0時(shí)進(jìn)口和出口的頻譜圖見(jiàn)圖4.3.3目擊驗(yàn)收試驗(yàn)根據(jù)合同規(guī)定,在葉片安放角為一2.時(shí)進(jìn)行了能量特性試驗(yàn),共測(cè)量了從大流量至零流量共9個(gè)工況點(diǎn),驗(yàn)收結(jié)果與提交結(jié)果對(duì)比如圖5所示.進(jìn)行了設(shè)計(jì)揚(yáng)程下的氣蝕試驗(yàn)和

12、三個(gè)揚(yáng)程下的壓力脈動(dòng)測(cè)試.目擊試驗(yàn)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(zhǎng)度L.,葉片高度H-和葉片安放角,葉片厚度和三個(gè)截面的型線,檢查項(xiàng)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(cè)量圖例見(jiàn)圖6.圖4壓力脈動(dòng)頻譜分析結(jié)果表5壓力脈動(dòng)頻率振幅分析1l907(1墓60504)30alf)t$L.-一/_一J【/-_一測(cè)量誤差主要包括揚(yáng)程測(cè)量(壓力測(cè)量)誤差,流量測(cè)量誤差,力矩測(cè)量誤差和轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差等,根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)中設(shè)備的率定情況.綜合誤差分析見(jiàn)表7.試驗(yàn)臺(tái)效率測(cè)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(yàn)運(yùn)行工況范圍內(nèi)性能數(shù)據(jù)均滿足合同要求,見(jiàn)表2.流量試驗(yàn)的裝置效率指標(biāo)較高,最優(yōu)工況點(diǎn)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(jì)是成功的,能量指標(biāo)處于國(guó)際先進(jìn)水平.氣蝕驗(yàn)收試驗(yàn)按揚(yáng)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(duì)比表見(jiàn)表7,因此在進(jìn)行泵站設(shè)計(jì)考慮葉輪淹沒(méi)深度時(shí),需留有余量.確保泵站的安全運(yùn)行.從壓力脈動(dòng)驗(yàn)收試驗(yàn)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(dòng)值變幅較大.需要在進(jìn)行真泵設(shè)計(jì)時(shí)引起注意,分析引起脈

14、動(dòng)變化的原因,而且在泵站投入運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)觀測(cè),以保證泵站的穩(wěn)定運(yùn)行.表7不同確定方法的NPSH值對(duì)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(gòu)的泵站,而且采用了國(guó)外技術(shù),由于缺乏借鑒經(jīng)驗(yàn),因此在模型裝置試驗(yàn)的技術(shù)要求,驗(yàn)收方式與內(nèi)容方面均存在一些不足之處.現(xiàn)提出幾點(diǎn)建議供南水北調(diào)工程中其它泵站模型裝置驗(yàn)收參考.(1)關(guān)于模型裝置的規(guī)定.我國(guó)規(guī)范要求模型泵的進(jìn),出水流道應(yīng)直接與試驗(yàn)臺(tái)的進(jìn),出水側(cè)容器相連,以盡可能模擬真實(shí)泵站的進(jìn),出水條件.但是國(guó)際規(guī)范及日本規(guī)范中均沒(méi)有類似的規(guī)定,因此在寶應(yīng)站的模型裝置試驗(yàn)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(guó)規(guī)范.經(jīng)過(guò)分析對(duì)裝置效率的影響在0.51.0.因此,建議在模型裝置驗(yàn)收試驗(yàn)的技術(shù)要求中明確規(guī)定采用我國(guó)規(guī)范對(duì)裝置的要求.(2)關(guān)于氣蝕試驗(yàn)中NPSH臨界值的確定.我國(guó)規(guī)范要求按效率下降1或揚(yáng)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(yàn)中,設(shè)計(jì)工況下K一3,但日本規(guī)范規(guī)定按揚(yáng)程下降3確定.從圖3中可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)揚(yáng)程下降3時(shí)葉片的壓力面和負(fù)壓面均充滿了氣蝕氣泡,而且通過(guò)效率的測(cè)定,全部工況點(diǎn)在揚(yáng)程下降3之前效率已下降了1,兩種方法確定NPSH的差距對(duì)照見(jiàn)表7,因此建議其它泵

16、站的模型裝置驗(yàn)收試驗(yàn)中明確規(guī)定按照我國(guó)規(guī)范的要求進(jìn)行試驗(yàn),以保證泵站運(yùn)行的安全.(3)在我國(guó)的現(xiàn)行規(guī)范中雖然考慮了模型泵裝置試驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容,但對(duì)模型裝置中進(jìn),出水流道尺寸的允許偏差和粗糙度均沒(méi)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(zhǎng)度,垂直高度和進(jìn)口出口寬度等主要尺寸.在本次驗(yàn)收試驗(yàn)中,參照導(dǎo)葉體的加工進(jìn)度要求對(duì)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(duì)于南水北調(diào)工程中的低揚(yáng)程泵站,進(jìn)水和出水流道的加工精度對(duì)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(yàn)成果的可靠性和可比性,建議對(duì)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(shí)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(dòng)試驗(yàn).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(xiàng)不可忽視的重要因素,從本次壓力脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,在一2.時(shí)葉輪出口的一階壓力脈動(dòng)比0.時(shí)有大幅增加,見(jiàn)表5.由于影響壓力脈動(dòng)的因素較多,其中水力因素就包括氣蝕振動(dòng),卡門(mén)渦等,而這些因素的反映又與測(cè)點(diǎn)的布置有關(guān),現(xiàn)有的規(guī)范均沒(méi)有對(duì)測(cè)點(diǎn)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(duì)模型裝置中壓力脈動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置,測(cè)點(diǎn)數(shù)量,測(cè)試方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等作出具體規(guī)定,供模型裝置驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)使用.參考文獻(xiàn):1JapaneseStandardsAssoci