南水北調(diào)東線工程水泵機組選型問題探討

南水北調(diào)東線工程水泵機組選型問題探討

0工程概況和泵選型問題線路的設(shè)計是一項需要多個鏈接的大型引水工程的工程，因此站已成為該項目的中心部門。其中的水泵機組選型問題更是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點。根據(jù)總體規(guī)劃,南水北調(diào)東線工程共設(shè)13個梯級,總揚程65m,共需新建泵站51座,安裝水泵機組278臺,總裝機流量7197.3m3/s,總裝機功率52.9萬kW。整個工程分三期實施,其中第一期工程除利用江蘇省江水北調(diào)工程現(xiàn)有的6個梯級14座泵站(包括5座加固改造泵站)外,另需新建泵站21座,安裝水泵機組96臺,新增裝機功率22.766萬kW。目前,雖然南水北調(diào)東線工程已開工建設(shè),但絕大多數(shù)泵站的水泵機組型式尚未最終確定。再者,即使已經(jīng)確定了初設(shè)方案,由于該工程建設(shè)周期長,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,可能也需要對既定方案做出調(diào)整。另外,該工程的前期準(zhǔn)備工作已持續(xù)了幾十年,關(guān)于水泵選型方面的文獻(xiàn)也不少,但大多僅涉及到某單一性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)或泵型,對該工程水泵機組選型問題進(jìn)行全方位研究探討的文獻(xiàn)尚未見到。鑒于上述分析,本文擬就該工程水泵選型涉及到的主要熱點問題進(jìn)行探討,希冀對該工程的決策和設(shè)計部門有所裨益,并藉此與業(yè)內(nèi)專家學(xué)者交流。一般認(rèn)為,大型水泵機組包括水泵、動力機(電動機)、傳動裝置和調(diào)節(jié)機構(gòu)等,選型問題的探討將圍繞這些組成部分進(jìn)行。1按水泵流量為導(dǎo)向的揚程設(shè)計與我國已經(jīng)建成的提水灌溉泵站、排澇泵站和灌排兩用泵站相比,南水北調(diào)東線工程水泵機組主要有以下運行特點。1)低揚程大流量。根據(jù)該工程總體規(guī)劃,各個泵站的流量大多為150m3/s,單臺機組流量為30m3/s左右,每座泵站的裝機數(shù)量為4~5臺,設(shè)計揚程在2.3~9.0m之間,大多數(shù)泵站設(shè)計揚程為5.0m左右。2)揚程和流量變化幅度不大。筆者目前尚未得到這方面的詳細(xì)資料,做此推測基于如下理由:(1)該工程從江蘇省揚州市附近的長江下游干流取水,此處的長江水位應(yīng)變化不大。(2)該工程泵站為多梯級串聯(lián)式提水,各泵站之間統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)調(diào)度,完全能實現(xiàn)對各泵站的水位變化幅度進(jìn)行有效控制。(3)已開工建設(shè)的寶應(yīng)泵站驗證了這一推測。該泵站共安裝4臺立式混流泵,單臺機組流量33.4m3/s,設(shè)計揚程7.6m,最低揚程6.4m,最高揚程8.0m,揚程變化幅度很小。3)運行時間長,可靠性要求高。該工程泵站設(shè)計年運行時間大多為5000h,少數(shù)泵站為6000~8000h。目前有這樣一種傾向,一是對該工程泵站的功能和特點認(rèn)識不足;二是過分夸大該工程對水泵機組的技術(shù)要求。因此,在進(jìn)行選型工作時,首先應(yīng)全面了解所研究的對象。2泵類型的選擇2.1按葉輪種類劃分水泵的種類很多,但適用于南水北調(diào)東線工程的泵型并不是很復(fù)雜。即按主軸方向可分為臥(軸)式、立(軸)式和斜(軸)式;按葉輪種類可分為混流式(泵)和軸流式(泵),混流泵也稱斜流泵。注意不應(yīng)將按主軸方向劃分的斜軸泵與按葉輪種類劃分的斜流泵混淆。將上述兩種分類方式組合,就構(gòu)成了臥式軸流泵、臥式混流泵、立式軸流泵、立式混流泵、斜式軸流泵、斜式混流泵等。至于貫流泵,可以認(rèn)為是一種特殊結(jié)構(gòu)(流道形式)的臥式泵,由于適用的揚程較低,所以葉輪多為軸流式。2.2不同水泵的優(yōu)缺點分析在選擇水泵以前,必須對適用范圍內(nèi)的各種水泵有一個比較全面的了解。以下簡要分析這些水泵的優(yōu)缺點。2.2.1方面的作用1)臥式泵的主要優(yōu)點:(1)水泵的主要部件經(jīng)常處于水面以上,比立式泵受腐蝕的影響小;(2)檢查、維修和保養(yǎng)方便,拆卸時不必像立式泵那樣搬移電動機;(3)單位面積上的荷重小,對軟地基有利;(4)起重機的起吊荷重小,提升高度小,泵房結(jié)構(gòu)簡單。2)臥式泵的主要缺點:(1)占地面積較大;(2)啟動時必須灌引水(排氣)操作;(3)受吸入性能(汽蝕)限制,水泵安裝層不能太高并需采取措施保證進(jìn)水池處于高水位時動力機房內(nèi)不進(jìn)水。2.2.2水快、占地面積1)立式泵的主要優(yōu)點:(1)葉輪淹沒在水里,有利于保證不發(fā)生汽蝕;(2)啟動時不必灌引水(排氣),上水快,有利于實現(xiàn)自動運行;(3)占地面積小。2)立式泵的主要缺點:(1)主要部件浸沒在水里,表面有水垢附著,容易被腐蝕;(2)拆卸時需移動電動機;(3)拆卸時起吊高度大,泵房高度也隨之增高;(4)載荷集中,單位面積地基上的荷重大,對軟地基不利;(5)泵房結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;(6)水泵本身的價格比臥式泵高。2.2.3式泵的優(yōu)缺點斜式泵是近幾年發(fā)展起來的一種安裝方式,使用量有逐漸增長的趨勢。國內(nèi)外關(guān)于斜式泵研究的文獻(xiàn)較少,一般認(rèn)為它主要有以下優(yōu)缺點。1)優(yōu)點:(1)進(jìn)出水流道彎度小,水力損失小,因而裝置效率通常高于立式泵和臥式泵;(2)水工建筑物投資比立式泵低。2)缺點:泵軸斜置后,受力復(fù)雜,對導(dǎo)軸承要求較高,且安裝不便。2.2.4個高壓泵全泵貫流泵實際上是一種適用于低揚程泵站的具有特殊結(jié)構(gòu)和進(jìn)出水流道形式的臥式軸流泵。貫流泵的結(jié)構(gòu)型式較多,在我國的應(yīng)用也已有20多年的歷史(主要是中、小型泵),但對其研究,尤其是裝置性能方面的研究卻相對較少。該泵型主要有以下優(yōu)缺點。1)優(yōu)點:(1)進(jìn)出水流道為一近似直線,水力損失小,裝置效率高,尤其適用于設(shè)計揚程低、運行時間長、重視運行成本的場合;(2)水工建筑物簡單,泵站投資低;(3)載荷分散,單位面積地基上的荷重小,適用于地基不良的場合。2)缺點:(1)對密封要求較高;(2)為了減少燈泡比,需采用行星齒輪減速器,泵結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。另外,有學(xué)者認(rèn)為貫流泵的機組效率并不像人們期望的那樣高。2.3泵選型標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一對于南水北調(diào)東線工程這樣的多梯級大型泵站群,水泵選型涉及到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)、氣象、環(huán)境、人文等方方面面的影響因素,是一個系統(tǒng)工程,很難制定出一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但是,水泵選型應(yīng)遵循若干基本原則。2.3.1按按已設(shè)計的加權(quán)平均揚程,按水泵結(jié)構(gòu)直接節(jié)流,按按這1/s,分國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50265—1997《泵站設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)由建設(shè)部批準(zhǔn)實施。其中與水泵選型相關(guān)的主要規(guī)定如下:1)在平均揚程時,水泵應(yīng)在高效區(qū)運行;在最高與最低揚程時,水泵應(yīng)能安全、穩(wěn)定運行。分析:對于最高與最低揚程,含義應(yīng)該是很清楚的,此不贅述。需要提醒一點,在最高揚程時,進(jìn)水池往往處于最低水位,選泵時一定要對該運行工況進(jìn)行“汽蝕校核”,才可能保證水泵“安全、穩(wěn)定運行”。對于平均揚程,《規(guī)范》中也有具體規(guī)定,即按下式計算加權(quán)平均凈揚程,并計入水力損失確定;或按泵站進(jìn)、出水池平均水位差,并計入水力損失確定。式中H為加權(quán)平均凈揚程,m;Hi為第i時段泵站進(jìn)、出水池運行水位差,m;Qi為第i時段泵站提水流量,m3/s;ti為第i時段歷時,d。分析:由于南水北調(diào)東線工程泵站的運行時間長,所以筆者認(rèn)為應(yīng)按上式計算的加權(quán)平均凈揚程,并計入水力損失確定平均揚程。2)應(yīng)優(yōu)先選用國家推薦的系列產(chǎn)品和經(jīng)過鑒定的產(chǎn)品。當(dāng)現(xiàn)有產(chǎn)品不能滿足泵站設(shè)計要求時,可設(shè)計新水泵。新設(shè)計的水泵必須進(jìn)行(泵段)模型試驗或裝置模型試驗,經(jīng)鑒定合格后方可采用。采用國外先進(jìn)產(chǎn)品時,應(yīng)有充分論證。分析:必須把好泵段模型試驗和裝置模型試驗這一關(guān)。我國已加入WTO,進(jìn)口產(chǎn)品也不能例外,應(yīng)與國內(nèi)產(chǎn)品享受“同等待遇”,不能認(rèn)為外國人說好就是好,花高價錢進(jìn)口低質(zhì)量產(chǎn)品的項目也并非少見。3)具有多種泵型可供選擇時,應(yīng)綜合分析水力性能、機組造價、工程投資和運行檢修等因素?fù)駜?yōu)確定。4)對于葉輪名義直徑大于或等于1600mm的軸流泵和混流泵,應(yīng)有裝置模型試驗資料;當(dāng)對過流部件型線做較大更改時,應(yīng)重新進(jìn)行裝置模型試驗。5)軸流泵站和混流泵站的裝置效率不宜低于70%;凈揚程低于3m的泵站,其裝置效率不宜低于60%。分析:該規(guī)定是泵站的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo),對南水北調(diào)東線工程這樣運行時間長的泵站尤其重要。一個不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品是不合格品或廢品;同樣,一座不符合規(guī)范的泵站就是不合格工程或劣質(zhì)工程。從目前情況看,人們對水泵(泵段)效率已經(jīng)引起了足夠重視,但對裝置效率和機組效率尚未引起高度重視。2.3.2無流量水泵系統(tǒng)這實際上涉及到各種泵型的適用范圍。在這方面,沒有嚴(yán)格的界限。對南水北調(diào)東線工程這樣的低揚程大流量泵站,大致是:臥式軸流泵,設(shè)計揚程3m以下;立式軸流泵,5m以下;臥式混流泵,3~7m;立式混流泵,4m以上;斜式泵介于立式和臥式之間;貫流泵應(yīng)視為臥式泵。2.3.3根據(jù)經(jīng)濟(jì)角度確定泵型從上述分析可以看出,僅根據(jù)泵站設(shè)計揚程,常常無法確定出唯一適用的泵型。例如,南水北調(diào)東線工程相當(dāng)一部分泵站的設(shè)計揚程為5m左右,則立式軸流泵、臥式混流泵、立式混流泵以及斜式軸流泵和混流泵都在適用范圍以內(nèi),這時候就需要從經(jīng)濟(jì)上對它們進(jìn)行綜合對比分析,才能篩選出最適宜的泵型。從經(jīng)濟(jì)角度考慮,各種水泵型式的大致排序為:臥式軸流泵→臥式混流泵→立式軸流泵→立式混流泵。經(jīng)濟(jì)分析的內(nèi)容不僅應(yīng)包括一次性投資的設(shè)備費和土建工程費,也應(yīng)包括運行動力費和維護(hù)管理費。2.3.4水泵出現(xiàn)汽蝕時的免發(fā)生汽蝕我們知道,水泵一旦發(fā)生汽蝕,會產(chǎn)生一系列危害現(xiàn)象,因此,在進(jìn)行水泵選型和泵站設(shè)計時,必須避免水泵發(fā)生汽蝕。對于南水北調(diào)東線工程這樣運行時間長的泵站,更需對水泵汽蝕引起高度重視。不但確保水泵在設(shè)計工況下運行時不發(fā)生汽蝕,也須確保在進(jìn)水池水位最低(對于倒灌裝置,此時灌注水頭最低;對于吸上裝置,此時幾何吸上高度最大)時不發(fā)生汽蝕。1)水泵發(fā)生汽蝕時的危害現(xiàn)象:(1)產(chǎn)生振動和噪音;(2)對過流部件的某些部位產(chǎn)生腐蝕和破壞;(3)性能曲線下降,嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)斷流,不能工作。2)避免發(fā)生汽蝕的方法。一臺水泵在運行中發(fā)生了汽蝕,但在完全相同的條件下,換上另一臺水泵就可能不發(fā)生汽蝕,這說明水泵是否發(fā)生汽蝕與其本身的抗汽蝕性能有關(guān)。反之,同一臺水泵在某一吸入裝置條件(例如幾何吸上高度3m)下運行時發(fā)生了汽蝕,但在改變裝置條件(例如幾何吸上高度2m)下則不發(fā)生汽蝕,這說明水泵是否發(fā)生汽蝕還與裝置條件有關(guān)。由此可見,水泵發(fā)生汽蝕的條件是由泵本身和吸入裝置兩方面決定的。知道了水泵發(fā)生汽蝕的條件,也就找到了避免發(fā)生汽蝕的途徑。首先,在水泵選型中應(yīng)盡可能選用抗汽蝕性能好的水泵。但水泵的抗汽蝕性能不可能無限度地提高。另一方面,過度提高水泵的抗汽蝕性能,常常以降低水泵的效率為代價。實際上,對大型泵站而言,在水泵抗汽蝕性能難以大幅度提高的情況下,泵站設(shè)計者只能通過改變安裝形式和吸入方式來避免水泵發(fā)生汽蝕。例如一座設(shè)計揚程為5m的泵站。僅就揚程而言,可選用臥式泵,也可選用立式泵。但由于臥式泵的安裝高度較高,可能無法避免水泵發(fā)生汽蝕,就只能選用立式泵。在這種情況下,即使立式泵站的裝置效率比臥式泵站低,可能仍然是合算的。因為水泵一旦發(fā)生較嚴(yán)重的汽蝕,其效率的下降幅度常常很大。3)水泵發(fā)生汽蝕時的對策。一旦水泵發(fā)生汽蝕,可采取如下對策:(1)增大吸水管直徑;(2)降低水泵安裝高度;(3)將水泵限制到小流量工況運行;(4)將葉輪的材質(zhì)更換為抗汽蝕性能更好的材料。對于南水北調(diào)東線工程這樣的大型泵站,一旦建成,要實現(xiàn)上述(1)和(2)幾乎是不可能的。(3)和(4)實際上是以犧牲泵站的容量為代價。列出此條,目的并不在于介紹水泵發(fā)生汽蝕時的補救方法,而是想進(jìn)一步說明在水泵選型和泵站設(shè)計中,避免水泵發(fā)生汽蝕的重要性。3電機的特性對比電動機的種類很多,適用于南水北調(diào)東線工程水泵機組配套用的電動機主要是三種交流電動機,即鼠籠式異步電動機、繞線式異步電動機和同步電動機。同步電動機和異步電動機的特性對比見表1。從表1可以看出,三種電動機各有其優(yōu)缺點。最終選擇哪一種電動機,取決于優(yōu)先考慮哪方面的因素。如果主要考慮水泵的起動問題,并減少一次性設(shè)備投資,應(yīng)選擇異步電動機;如果進(jìn)一步考慮減少起動電流,避免對電網(wǎng)造成沖擊并減小泵站配電設(shè)備容量,則應(yīng)選擇繞線式異步電動機。如果主要考慮泵站運行費用,則應(yīng)選擇同步電動機。需要強調(diào)是,同水泵一樣,不管最終選擇哪一種電動機,都需要進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析。4直聯(lián)傳動類型就大型水泵而言,電動機與水泵之間的動力傳遞方式有聯(lián)軸器(直聯(lián))和齒輪減速器兩種。對于高揚程水泵,由于轉(zhuǎn)速比較高,絕大多數(shù)采用直聯(lián)傳動。對于低揚程水泵,由于轉(zhuǎn)速大多很低,采用直聯(lián)傳動時電動機體積龐大、造價高,故而需要考慮采用齒輪減速器傳動方案。4.1齒輪實際實際應(yīng)用適用于南水北調(diào)東線工程泵站的齒輪減速器主要是圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和行星齒輪減速器。1)圓柱齒輪減速器的傳動軸線平行,單級推薦傳動比i≤8~10。其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單,制造精度容易保證。適用于臥式泵以及電動機與水泵軸線平行的立式泵。2)圓錐齒輪減速器的兩條軸線垂直或成一定角度相交,單級推薦傳動比i=8~10。該類減速器適用于水泵和電動機軸線垂直相交(例如立式泵配臥式電動機),或水泵與電動機軸線成一定角度相交(例如斜式泵配臥式電動機)的場合。其主要缺點是制造和安裝比較復(fù)雜,成本高。3)行星齒輪減速器的動力輸入和輸出軸在一條軸線上,單級推薦傳動比i=2~12。其主要優(yōu)點是傳動效率高(單級可達(dá)96%~99%),承載能力大,工作平穩(wěn),體積和重量比普通齒輪減速器小得多;缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造精度要求較高。該類減速器適用于所有泵型,尤其適用于貫流泵,可減小燈泡比。換句話說,如果不采用行星齒輪減速器,或者該類減速器的質(zhì)量不能保證,南水北調(diào)東線工程中的泵站就不可能選用貫流泵(采用直聯(lián)或其他類型齒輪減速器時,燈泡比太大)。4.2齒輪傳動的原因1)優(yōu)點:(1)重量輕,造價低。南水北調(diào)東線工程用泵的轉(zhuǎn)速一般不大于200r/min。在這種情況下,假定電動機的轉(zhuǎn)速為1000r/min,則低速大功率電動機的重量和造價,比相同功率高速電動機與齒輪減速器之和的重量和造價高。由于大功率電動機的重量減輕,制造、運輸和安裝也都比較方便。(2)泵機組分成了電動機、齒輪減速器和水泵三大部分,使泵站的起吊裝置荷重變小,不但能降低泵站造價,拆卸維修也比較方便。2)缺點:(1)與直聯(lián)用的聯(lián)軸器相比,齒輪減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可以認(rèn)為多了一個故障點。(2)與聯(lián)軸器相比,齒輪減速器的傳動效率稍低。通過上述分析可以看出,任何事物都具有多面性,減速傳動也一樣。南水北調(diào)東線工程水泵機組是否采用齒輪減速器傳動,應(yīng)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。有人提出采用齒輪減速器傳動后,機組效率不應(yīng)降低。這種提法有一定的片面性。4.3方案對比建議國內(nèi)文獻(xiàn)中關(guān)于這方面的報道不少,但究竟水泵轉(zhuǎn)速低到多少時才應(yīng)該采用,或者說應(yīng)該考慮采用齒輪減速器傳動方案,目前還沒有一種統(tǒng)一的說法。日本的低揚程泵站比較多,整體技術(shù)也可以代表國際先進(jìn)水平,舉兩個該國的例子供參考。1)日本《泵站工程技術(shù)手冊》中建議:“對于低揚程泵站,當(dāng)電動機極對數(shù)大于10(相當(dāng)于同步轉(zhuǎn)速低于600r/min)時,就有必要對直聯(lián)方案和帶齒輪減速器的方案進(jìn)行對比,然后再做出決定?！睂Υ私ㄗh應(yīng)注意兩點:(1)它給出了一個定量指標(biāo)。據(jù)此指標(biāo),南水北調(diào)東線工程水泵機組都應(yīng)該考慮采用齒輪減速器傳動方案。(2)它只是建議進(jìn)行方案對比,是否采用,要看對比結(jié)果,即看兩種方案中哪一種方案的綜合經(jīng)濟(jì)效益高。2)該《手冊》后面所附的“水泵設(shè)備工程設(shè)施布置圖集”中列舉了6個低揚程泵站,除我國內(nèi)蒙古紅圪卜泵站的斜式軸流泵未采用齒輪減速箱外,其余3座安裝立式泵和2座安裝臥式泵的泵站均采用了齒輪減速器傳動。5葉片的角調(diào)節(jié)問題南水北調(diào)東線工程用泵是否需要進(jìn)行葉片安裝角調(diào)節(jié),或者說是否需要配備葉片安裝角度調(diào)節(jié)機構(gòu),目前在業(yè)內(nèi)尚有爭議。要想弄清這個問題,需要首先弄清葉片安裝角調(diào)節(jié)的作用。5.1調(diào)節(jié)葉片安裝角1)減小起動轉(zhuǎn)矩,改善水泵的起動性能。葉片安裝角越小,相應(yīng)的流量和軸功率也越小,所需的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流也隨之減小。因此,可將葉片安裝角調(diào)到最小時起動水泵;待起動后再將葉片安裝角調(diào)到所需的角度運行。2)根據(jù)泵站揚程的變化調(diào)節(jié)葉片安裝角,使水泵在高效區(qū)運行。需要指出的是,這種方法適應(yīng)揚程變化的范圍不大,主要適用于等效率曲線傾斜(ns<1000)的水泵。對于一些揚程變化范圍大的泵站,僅采用調(diào)節(jié)葉片安裝角的方法來達(dá)到保持水泵在高效區(qū)運行的目的是不可能的。在這種情況下,最有效的方法是調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。3)根據(jù)泵站所需的流量調(diào)節(jié)葉片安裝角,使水泵的流量滿足要求,而效率保持不變。這種調(diào)節(jié)適用于等效率曲線平坦(ns>1000)的軸流泵。5.2調(diào)節(jié)葉片邊界問題根據(jù)上述對水泵葉片安裝角調(diào)節(jié)作用的分析,結(jié)合南水北調(diào)東線工程泵站的特點,不難得出結(jié)論,即該工程絕大多數(shù)泵站所用水泵實際上不需要配備葉片安裝角調(diào)節(jié)機構(gòu)。其理由如下:1)目前我國已建成的大多數(shù)大型排水泵站,配套的動力機均為同步電動機,它的起動轉(zhuǎn)矩比異步電動機小。但據(jù)業(yè)內(nèi)某資深專家介紹,他們曾在多個泵站做過試驗,即使將葉片安放角調(diào)到最大,也未曾發(fā)現(xiàn)存在起動困難問題。如果該工程新建泵站中的一部分水泵機組配套異步電動機,則起動更不存在問題。再者,我國的中小型離心泵(包括潛水泵)基本上全部采用異步電動機。按規(guī)定應(yīng)采用關(guān)閉出水口閥門起動,實際使用中常常不加出水口閥門,或保持出水口閥門開啟,也未曾發(fā)現(xiàn)有報道存在起動困難問題。由此可見,所謂的調(diào)節(jié)葉片角度起動并無必要。2)如果泵站的揚程和流量變化幅度不大,則通過調(diào)節(jié)葉片安放角,來改變揚程或流量,使水泵保持在高效區(qū)運行的功能也無必要。需要說明的是,參考文獻(xiàn)中僅列出了設(shè)計揚程和設(shè)計流量,未列出最高揚程、最低揚程、最大流量和最小流量等泵站參數(shù),該結(jié)論就不一定是全面的。3)就整個水泵而言,葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)加工精細(xì),造價高,操作維護(hù)也比較復(fù)雜。從經(jīng)濟(jì)角度看,可能也不合算。由此可見,那種僅依據(jù)南水北調(diào)東線工程泵站所選水泵是否配備了葉片調(diào)節(jié)機構(gòu),來評價水泵優(yōu)劣或選型是否合理的觀點值得商榷。6泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)變速調(diào)節(jié)是指水泵在運行過程中,當(dāng)裝置流量和揚程發(fā)生變化時,通過改變水泵轉(zhuǎn)速,以滿足泵站裝置要求的調(diào)節(jié)方法。上一節(jié)中討論的齒輪減速箱傳動,是一種動力傳遞方式。一旦齒輪箱傳動比確定,泵站建成后,在運行過程中無法改變水泵轉(zhuǎn)速,所以也就談不上調(diào)節(jié)。一些文獻(xiàn)將其列入變速調(diào)節(jié)范疇,似不妥。6.1降速調(diào)節(jié)、控制運行參數(shù)1)變速調(diào)節(jié)適用于流量和揚程,尤其是揚程變化幅度較大的泵站。我們知道,水泵轉(zhuǎn)速改變時,其流量和揚程分別和轉(zhuǎn)速之比的一次方和二次方成正比。通過改變水泵轉(zhuǎn)速就可以相應(yīng)改變其流量和揚程,滿足裝置變化的需求。2)變速調(diào)節(jié)能使水泵在高效區(qū)附近運行,降低運行費用。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化不大時,水泵效率變化很小,但軸功率與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比。與調(diào)節(jié)泵站裝置,即調(diào)節(jié)閘閥開度的方式相比,采用變速調(diào)節(jié)的裝置效率高,運行費用低。3)降速調(diào)節(jié)可改善水泵的抗汽蝕性能。當(dāng)轉(zhuǎn)速n降低時,n.D值也隨之下降,即水泵的圓周速度降低。試驗證明,這時水泵的抗間隙汽蝕性能明顯提高,抗翼型汽蝕性能也得到一定改善。4)改善水泵起動性能。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比,所以可將其調(diào)節(jié)到低速狀態(tài)起動,從而減小起動功率。當(dāng)配套動力機為同步電動機時,由于其起動轉(zhuǎn)矩小,需要選取較大的配套功率備用系數(shù),即加大電動機功率。采用低速狀態(tài)起動后,可選取較小的配套功率備用系數(shù),適當(dāng)減少配套電動機功率,從而降低泵站的配電裝置容量和投資。6.2水泵傳動控制方式變速調(diào)節(jié)方式主要有三種,即改變電動機極對數(shù)以及采用液力耦合器傳動和變頻調(diào)速。1)改變電動機極對數(shù)。電動機的轉(zhuǎn)速隨極對數(shù)改變而變化。如果將電動機做成雙極對數(shù),則該電動機就有兩個額定轉(zhuǎn)速。通過改變電動機的極對數(shù),就可以改變水泵轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)速的目的。這種調(diào)節(jié)方式已在廣東省東深引水工程中成功采用。其主要優(yōu)點是比較經(jīng)濟(jì)可靠;缺點是“有級”變速,不能滿足泵站參數(shù)“漸變”的需求。2)液力耦合器是一種傳動裝置,也可以起到離合器和調(diào)速裝置的作用。其調(diào)速功能是通過增加或減少耦合器內(nèi)的工作油量來實現(xiàn)的。它的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速,缺點是在低速下工作時傳動效率比較低。3)變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是近20多年來發(fā)展起來的一種調(diào)速技術(shù),目前已在中小型低壓電動機上廣泛采用。其主要優(yōu)點是運行可靠,可實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速,缺點是設(shè)備費比較高。國內(nèi)一生產(chǎn)企業(yè)稱其已研制出高電壓大功率(最高電壓10kV,最大功率3150kW)變頻調(diào)速器,并在電力、化工等行業(yè)較大范圍推廣應(yīng)用。6.3調(diào)節(jié)方式變前面假定南水北調(diào)東線工程泵站的流量和揚程變化不大,但這只是筆者的一種假設(shè)。是否需要采用變速調(diào)節(jié),則取決于這兩個參數(shù)變化的幅度有多大,以及變化的參數(shù)是流量還是揚程。如果流量和揚程都在整體規(guī)劃控制之中,變化幅度不大,則不必進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果變化的主要參數(shù)是流量,則最佳調(diào)節(jié)方式是改變泵站的水泵機組運行臺數(shù)。如果變化的主要參數(shù)是揚程,且變化幅度較大,為了減小運行費用,應(yīng)考慮采用變速調(diào)節(jié)。筆者認(rèn)為,綜合考慮技術(shù)上的可行性、運行可靠性、經(jīng)濟(jì)性等諸多因素,其優(yōu)選順序應(yīng)是:雙速電動機→變頻調(diào)速器→液力耦合器。7節(jié)奏和建議7.1水泵選型及水泵設(shè)計1)臥式軸流泵、臥式混流泵、立式軸流泵、立式混流泵、斜式軸流泵和貫流泵等,都是適宜南水北調(diào)東線工程泵站的備選泵型,這些泵型本身并無先進(jìn)和落后之別。重要的是應(yīng)“因站制宜”,綜合考慮設(shè)備費、泵站投資、運行維護(hù)費用和可靠性等因素,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析,選擇合理的泵型。2)水泵(泵段)效率固然重要,但最終反映運行經(jīng)濟(jì)性的