軸流泵和導(dǎo)葉式混流模型研究及程應(yīng)用_圖文

1、軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵模型研究及工程應(yīng)用 江蘇大學(xué)二00七年十二月1、前言軸流泵和導(dǎo)葉式混流,主要用于水利、市政、電廠、船塢等部門的供排水,在核電、艦船的噴水推進(jìn)方面也得到重要應(yīng)用。為了給南水北調(diào)等工程提供優(yōu)秀水力模型,我們進(jìn)行了軸流泵、貫流泵、雙向泵、導(dǎo)葉式混泵水力模型的試驗(yàn)研究,這些模型已在南水北調(diào)等工程中得到了應(yīng)用,并用其中一些模型進(jìn)行了幾個具體泵站的裝置模型試驗(yàn)。本文介紹泵(段模型和泵裝置模型的試驗(yàn)結(jié)果,分析泵段特性和裝置特性之間的關(guān)系,為大型泵站水泵選型提供參考。2、水泵模型的性能2.1軸流泵模型2.1.1軸流泵泵段模型本系列模型全部參加了水利部南水北調(diào)工程天津同臺測試(表1,2006

2、年通過江蘇省科技廳鑒定。鑒定意見是:這8個不同比轉(zhuǎn)速模型基本上覆蓋了軸流泵的使用范圍,全部經(jīng)過水利部會同國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合組織南水北調(diào)工程水泵模型同臺測試,并取得水利部國際合作與科技司頒發(fā)的同臺測試成果證書;該系列模型的綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際同類模型的領(lǐng)先水平。至今,20號模型用于南水北調(diào)工程萬年閘站、19號模型用于南水北調(diào)工程臺兒莊站、6號模型用于南水北調(diào)工程劉山站。3號模型用于泉州1.5m口徑潛水軸流泵,8號模型用于黃石1.6M軸流泵,2號模型用于明山2.8m軸流泵,10號模型用于黃麻涌雙向泵站,日前嚴(yán)登豐教授用20號模型在自研制的平面蝸殼出水流道裝置中,進(jìn)行南水北調(diào)工程泗陽站裝置

3、模型預(yù)研,效果很好。表1水利部南水北調(diào)工程軸流泵模型天津同臺測試參數(shù)表(D =300m m ,n =1450r /m i n 4380.5910.05385.858565782363.359.79785.849015760347.179.51885.19956575-2332.659.16284.511007580-4326.888.36184.021*401.699.30884.829406292376.619.28884.969716100362.848.78884.711004625-2351.588.36384.51006638-4329.068.25683.0610316234412

4、.867.6884.639317372386.487.52785.159837240367.57.26285.61010725-2358.36.73785.221045758-4337.126.54984.99116275185.0885.12模型代號葉片角度(o 流 量 Q (l/s平均效率(%揚(yáng) 程 H(m效 率 (%85.1285.11700天津2號T J 04-Z L -02比轉(zhuǎn)速ns 名義比轉(zhuǎn)速ns天津8號T J 04-Z L -08天津3號T J 04-Z L -0355084.4184.45600加權(quán)平均效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速(C 4392.647.1386.058637602381

5、.476.67885.589267960365.86.4385.291008793-2345.326.40885.21089772-4328.895.9985.0613987934414.786.29786.169408572396.296.18985.919778540374.056.21885.441019822-2357.175.78385.131157848-4341.725.64384.8712588454444.225.21886.3591810222416.185.18785.849359930401.644.885.7210021034-2377.24.80485.461023

6、1002-4357.314.60485.2711321007-6332.174.59985.111549714397.234.18383.7795711402384.343.6883.89112612350370.333.28383.6912781321-2326.173.27883.4813711241-4282.043.57182.28129410824473.623.17974.2915302437.183.14475.3914820414.032.65575.331637-2378.552.63975.641573-4354.642.25175.29171585.6285.661000

7、83.4283.49125085.4485.4680085.585.5485075.1975.111600天津10號T J 04-Z L -10B (雙向泵天津7號T J 04-Z L -07天津6號T J 04-Z L -06天津19號T J 04-Z L -19天津20號T J 04-Z L -202.2軸流泵裝置模型試驗(yàn)2.2.1軸流泵裝置模型南水北調(diào)東線一期工程中的萬年閘站、劉山站、臺兒莊站分別選用本系列20號、6號、19號水力模型先后在天津中水北方設(shè)計(jì)院、河海大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)進(jìn)行了水泵模型裝置試驗(yàn),茲將試驗(yàn)結(jié)果列下(表2、3、4:表2萬年閘站水泵模型裝置性能參數(shù)20號模型,天津臺D=3

8、00m m,n=1450r/m i n葉片安放角流量(Q(l/s揚(yáng)程(H(m效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速C比轉(zhuǎn)速n s +2°333.97.3976.188706820°324.97.0176.33960700-2°313.286.8476.751071701-4°302.846.2477.671275726-6°284.816.1877.461408721表3劉山站水泵模型裝置性能參數(shù)6號模型,河海臺D=300m m,n=1450r/m i n 葉片安放角流量(Q(l/s揚(yáng)程(H(m效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速C比轉(zhuǎn)速n s +4°415.55.018

9、74.7110031018 +2°392.55.25375.541030956 0°355.35.28476.13998905 -2°3135.25375.64977753 -4°296.35.20974.57984835表4臺兒莊站水泵模型裝置性能參數(shù)19號模型,揚(yáng)大臺D=300m m,n=1450r/m i n 葉片安放角流量(Q(l/s揚(yáng)程(H(m效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速C比轉(zhuǎn)速n s +4°371.926.22576.431100819 +2°343.796.48176.61080764 0°338.775.82376.0

10、91249822 -2°312.165.78176.21277793 -4°291.365.60176.071158785以上三個模型裝置試驗(yàn)性能均較好,說明模型泵和裝置(進(jìn)出水流道的適配性良好。2.2.2貫流泵裝置模型2006年受江蘇南水北調(diào)工程東線水源公司委托,研究的貫流泵裝置模型,現(xiàn)已完成J G M-3、J G M-4兩種模型的研制。其中J G M-3模型在河海大學(xué)進(jìn)行了5個葉片角度的復(fù)試,最高效率達(dá)到79.05%,已通過專家評審。評審意見是:該裝置模型流量大、效率高,綜合性能指標(biāo)達(dá)到南水北調(diào)工程經(jīng)國際招標(biāo)的同類裝置模型的先進(jìn)水平,在3m以下?lián)P程使用優(yōu)勢明顯,可推薦在

11、南水北調(diào)及其它工程中選用。圖1是試驗(yàn)用的后置貫流泵裝置模型簡圖。它是根據(jù)南水北調(diào)金湖站的初步設(shè)計(jì)圖優(yōu)化而成的。 圖2是J G M -3的綜合特性曲線圖。J G Z M -3后燈泡貫流泵綜合特性曲線流量(Q (L /S 0°1-4°-2°432放角葉片安563.0378.631397367.779.0578.532.852.82308.3342.020013401422效率(%(m 揚(yáng)程(H 汽蝕比轉(zhuǎn)速C n s 比轉(zhuǎn)速78H (m -2°3000°+2°74%74%70%65%Q (L /S 72%433.0+4°+2

12、76;399.53.1077.91490143578.563.09400-4°D =300m m n =1450r /m i n+4°50070%J G Z M -372%65%76%1042112610291105112476%78%J G M-3、J G M-4兩種模型各角度最優(yōu)參數(shù)列于表5、6裝置模型編號:J G Z M-3(表示;江蘇貫流泵裝置水力模型,揚(yáng)程3m表5JGZM-3貫流泵裝置模型性能參數(shù)表葉片安放角(度流量(L/S揚(yáng)程(m效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速+4°4333.177.910291490 +2°399.53.0978.56112614

13、35 0°367.73.0378.6311241397 -2°3422.8279.0511051422 -4°308.32.8578.5310421340表6JGZM-4貫流泵裝置模型性能參數(shù)表葉片安放角(度流量(L/S揚(yáng)程(m效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速+4°438.54.6880.2510051174 +2°416.874.5679.6610831152 0°391.194.2379.4611001122 -2°373.963.9678.8310891095 -4°353.743.7278.78102411002.

14、2.3雙向豎井貫流泵裝置模型受廣東佛山順德水利局委托,對黃麻涌泵站裝2臺口徑1400m m雙向豎井貫流泵裝置模型進(jìn)行了試驗(yàn)研究。泵站的特征揚(yáng)程列于表7表7泵站特征凈揚(yáng)程灌溉工況(正向-后燈泡排澇工況(反向-前燈泡效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程(m1.33.2180.2510051174最低凈揚(yáng)程(m0.3079.6610831152最高凈揚(yáng)程(m1.73.9979.4611001122超高凈揚(yáng)程(m4.5478.8310891095圖3是試驗(yàn)裝置照片表8是泵裝置模型試驗(yàn)最優(yōu)性能參數(shù)表流量Q(l3/s揚(yáng)程H(m效率(%正向341.092.3563.12反向3093.2358.04注:反向因受

15、條件限制。3.23m以下?lián)P程未測試。黃麻涌泵站已經(jīng)運(yùn)行,情況良好。2.2.4導(dǎo)葉式混流泵模型2000年以來研制的導(dǎo)葉式混流(斜流泵模型,最優(yōu)性能點(diǎn)參數(shù)如表9所列。表9系列導(dǎo)葉式混流泵(斜流泵模型試驗(yàn)結(jié)果(n=1450r/min 角度流量(m 3/s 揚(yáng)程(m 功率(k W 效率(%比轉(zhuǎn)數(shù)(n s 0.36519.384.1347角度流量(m3/s 揚(yáng)程(m 功率(k W 效率(%比轉(zhuǎn)數(shù)(n s -40395.8617.9782.45382-20371.417.9283.443700345.2617.2784.133672033.915.2484.8839640294.2615.1784.153

16、73角度流量(m3/s 揚(yáng)程(m 功率(k W 效率(%比轉(zhuǎn)數(shù)(n s -400.339914.3755.3986.47418-200.3826314.4462.1487.1844200.4002116.4573.6487.67410200.4395816.7282.1587.72424400.4771117.1792.1587.16433600.4978318.15101.4187.33425J H M -350AJ H M -350J H M -400角度流量(m 3/s 揚(yáng)程(m 功率(k W 效率(%比轉(zhuǎn)數(shù)(n s -400.32712.646.686.71452.63-200.361

17、13.5254.7787.3450.800.38914.4362.787.84446.14200.42414.970.9187.35454.28400.46315.6481.686.9457.73角度流量(m3/s 揚(yáng)程(m 功率(k W 效率(%比轉(zhuǎn)數(shù)(n s -400.3510.4784.47538-200.3911.2385.2653900.41812.3485.32520200.46312.3485.63547400.49813.485.3533角度流量(m 3/s 揚(yáng)程(m 效率(%汽蝕比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)數(shù)(n s -400.3135.6184.181057812-200.3476.1384

18、.62106080100.384.6.5385.481104803200.4137.0686.151121785400.4467.6484.581153769J H M -500J H M -800 (211J H M -450211模型的比轉(zhuǎn)速為800,是檢索到的國內(nèi)外比轉(zhuǎn)速最高的混流泵模型,2002年通過省級鑒定。模型的流大、高效范圍廣,揚(yáng)程的使用范圍為:4.5m7.0m,非常適合在揚(yáng)程變化大的場合使用。長沙水泵廠用于上海市陳行泵站,錫泵用于廣西南安泵站。經(jīng)改進(jìn)的模型,揚(yáng)州大學(xué)嚴(yán)登豐教授用于上海青草沙泵站的預(yù)研,裝置模型最高效率為難79.62%,取得理想試驗(yàn)結(jié)果,裝置模型特性曲線如圖4所示

19、。流量(Q (L /S 0°-4°-2°放角葉片安8.0279.05378.279.6277.757.257.34307.0353.4效率(%(m 揚(yáng)程(H 汽蝕比轉(zhuǎn)速C ns 比轉(zhuǎn)速468.8+4°+2°431.07.7977.0578.067.86777664740705683211青草沙裝置模型測試綜合特性曲 (m -2°3000°+2°70%65%70%400-4°D =300m m n =1450r /m i n+4°500111260%21145025035

20、0Q (L /S 550600200150131410072%74%76%65%60%72%74%76%78%圖4上海青草沙泵站裝置模型特性曲線(211模型JHM-350長沙天鵝水泵廠采用,JHM-450由長沙水泵廠委托研究,經(jīng)廠復(fù)試基本與表中試驗(yàn)結(jié)果相符,目前用該模型生產(chǎn)出口巴西的大型斜流和國內(nèi)電廠大型循環(huán)水泵。3、大型低揚(yáng)程泵站水泵選型問題在進(jìn)行水泵選型時,一般由泵站設(shè)計(jì)者給出泵裝置參數(shù):單臺泵的流量、設(shè)計(jì)揚(yáng)程、平均揚(yáng)程、最高揚(yáng)程、最低揚(yáng)程、各揚(yáng)程工況的效率等。水泵選型首先要確定葉輪直徑D和轉(zhuǎn)速n,n D值一般為:350400,一定不要過高,否則外緣超速引起的間隙汽蝕不可避免。為了在低揚(yáng)程

21、應(yīng)用領(lǐng)域使用高揚(yáng)程的模型,n D還可進(jìn)一步降低。下一步就要選擇模型,然后對重要的泵要做裝置模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足提出的裝置參數(shù)要求。為此,首先應(yīng)研究泵(泵段特性和泵裝置特性之間的關(guān)系。3.1 模型泵特性和模型泵裝置特性的理論分析HQA BCabc泵段曲線裝置曲線假設(shè)圖5中A 、B 、C 是泵段特性曲線上的三個工況點(diǎn),B 點(diǎn)是最高效率點(diǎn)。為了分析問題,我們假設(shè)a 、b 、c 三點(diǎn)是泵裝置特性曲線上的三個工況點(diǎn)。經(jīng)分析可得出下面結(jié)論:(1裝置特性曲線向小流量側(cè)偏移因?yàn)橛辛鞯浪p失,對應(yīng)每一流量,泵的揚(yáng)程都要下降些,下降后各點(diǎn)的連線是裝置特性曲線,它和泵特性曲線相比向小流量側(cè)偏移,也就是在相同揚(yáng)程下,流量減小。(2裝置最高效率一定低于泵段最高效率因?yàn)橛醒b置水力損失,所以裝置最高效率一定低于泵段最高效率。(3泵裝置最高效率點(diǎn)一般在泵最高效率的左側(cè)因?yàn)樾×髁總?cè)的流道損失要比大流量側(cè)小,所以裝置最高效率點(diǎn)向小流量(小葉片角度方向偏移。(4裝置最高效率點(diǎn)的揚(yáng)程大致等于(低于、高于泵(段最高效率點(diǎn)的揚(yáng)程至于具體在那點(diǎn)很難定量確定,和泵本身的效率改變(因工況移動和流道的損失改變情況。如圖中的a、b 、c三點(diǎn),設(shè)b點(diǎn)和泵段最高效率點(diǎn)的揚(yáng)程相等,三點(diǎn)中任何一點(diǎn)都有可能裝置效率最高,其條件是泵效率和流道效率之乘積最