江蘇地區(qū)大型貫流式水泵的應用與發(fā)展

江蘇地區(qū)大型貫流式水泵的應用與發(fā)展

第一階段，需要21個新加油站，其中包括14個江蘇省。這些泵站的特點是:揚程低、流量大、年運行時間長。在項目建議書階段,江蘇境內有7座泵站選用燈泡貫流泵,5座泵站選用立式軸流泵,2座泵站選用立式混流泵,如表1所示。1長遠發(fā)展,適宜作為大型貫流式水泵自20世紀60年代以來,在國內的平原地區(qū)灌溉引水及排澇工程中大量采用了立式軸流泵。我省興建的泵站工程中,有18座選用直徑1.6m以上的大型立式軸流泵機組,共119臺套。立式軸流泵機組在設計、制造方面,國內大型水泵制造廠具有較成熟的技術,管理單位亦有較豐富的運行管理經驗。貫流式機組有燈泡貫流式、豎井貫流式和軸伸貫流式等。在水電行業(yè),豎井式、軸伸式主要用于中小容量機組。國內從1965年開始研制(D=0.8m,P=40kW)燈泡貫流式水輪機,40a來,國內投入運行和正在制造的(包括進口設備),單機容量1000kW～4萬kW各種型式的貫流式發(fā)電機組200多臺套,其中燈泡貫流式機組近200臺,基本上均為直聯傳動方式。通過自行研制、技術引進、與國外廠商合作生產制造、整機引進等途徑,我國燈泡貫流式水輪機的研究、設計、制造、安裝與運行管理技術已趨于成熟。近年來燈泡貫流式水輪機得到了較大的發(fā)展,涵蓋了低水頭電站的大、中、小容量范圍,以大、中型機組為主。燈泡貫流式水泵機組是伴隨燈泡貫流式水輪機的發(fā)展與技術成熟而起步的。1997年建成的淮安三站在國內首次采用了大型燈泡貫流式水泵。該站投運后,機組存在啟動成功率低、電機超功率、裝置效率不高等問題,未能達到原試驗研究成果的水平,一定程度上影響了大型燈泡貫流泵技術的發(fā)展。為了積極穩(wěn)妥地推廣應用貫流式水泵,近年來江蘇省在一些中小型、年運行時間較少的排澇泵站上選用豎井貫流泵和燈泡貫流泵。以期逐步積累經驗,為大型貫流式機組的發(fā)展打下良好基礎。根據所搜集到的國內外貫流式水泵的資料來看,水泵直徑最大的是日本新川河口泵站(D=4.2m,N=1300kW),配套電機功率最大的是淮安三站(D=3.19m,N=1700kW)。日本新川河口泵站和荷蘭艾莫伊登泵站(D=4.0m,N=1300kW)均為20世紀70年代建成,此后日本建成的燈泡貫流泵站大多數為單機容量在1000kW以下的中小型機組。在傳動方式上,淮安三站和艾莫伊登站為直聯傳動,日本基本上均為齒輪箱減速傳動。2泵段模型試驗水利水電科學研究院水力機電研究所受水利部原南水北調規(guī)劃辦公室委托,于1993年5月完成了南水北調“不同型式低揚程水泵的同臺對比試驗”工作。試驗研究采用同一水泵轉輪(I09),進行了立式軸流泵裝置模型、后置式和開敞式(前置)燈泡貫流泵裝置模型、軸伸泵裝置模型、以及泵段的對比試驗。立式軸流泵方案的試驗利用了江都三站立式軸流泵裝置模型;后置式燈泡貫流泵方案在當時淮陰二站可逆式燈泡貫流泵裝置模型上進行;另外還進行了開敞式燈泡貫流泵方案和軸伸式貫流泵方案的模型裝置試驗;泵段模型試驗在標準的泵段模型上進行。在上表2中列出上述四種型式水泵在最優(yōu)工況的主要特征參數和相同揚程(3.5m)、相同流量(300L/s)和不同揚程、相同流量下的效率。從表中可見立式泵裝置與燈泡貫流泵裝置最優(yōu)工況點模型效率相差5%,最優(yōu)工況點模型流量相差20%;在3.5m揚程、300L/s流量下效率相差10%,在2.5m揚程、300L/s流量下效率相差12%,表明向低揚程、大流量區(qū)有進一步增大趨勢。燈泡貫流泵能量性能指標優(yōu)于立式軸流泵。由于江都三站立式泵裝置為20世紀60年代設計的,流道型線不夠合理(東線第一期工程將對其進行改造),因此該立式軸流泵模型的試驗成果尚不能完全代表目前立式軸流泵的水平。日本荏原公司對新川河口泵站幾種泵型的比較結果:貫流泵裝置效率為0.694,立軸肘型進水、虹吸出水裝置效率為0.655,斜式泵裝置效率為0.667。同樣說明了貫流泵的裝置效率最高。3直聯傳動燈泵的結構型式為了南水北調東線第一期工程泵型比選和進行燈泡貫流式機組泵站的設計工作,我們于2003年11月向國內14家有關制造廠發(fā)出了燈泡貫流泵方案技術征詢函,僅有3家制造廠復函;2004年8月再次向國內14家、國外1家有關制造企業(yè)發(fā)出貫流泵技術征詢函,有7家復函。從復函和調研的情況看,目前國內水輪機制造企業(yè)普遍任務飽滿,水泵制造企業(yè)普遍缺乏大型燈泡貫流泵的制造經驗。從國內企業(yè)提供的技術方案看,水輪機廠傾向于采用直聯傳動方案,水泵廠側傾向于采用齒輪減速傳動方案。燈泡貫流泵主要有直聯傳動和齒輪箱減速傳動兩種方式,從以下四個方面進行對比分析。直聯傳動方式燈泡貫流泵機組只有一根主軸,兩個軸承,水泵轉輪和電機轉子分別固定在主軸的兩端,電機和水泵組裝成一個整體,運行穩(wěn)定性好,安裝便于對中找正。齒輪減速傳動方式整個機組由三段軸系組成,軸系長度大、軸承多,安裝對中找正調整麻煩?？赡艿墓收宵c多,可靠性不及直聯傳動方式。對于齒輪傳動“桶形泵”的結構型式,燈泡體不設進人孔,對設備的可靠性和免維護性要求很高,在日本中、小型機組中應用較多,未見大型機組采用。根據目前國內的制造水平,這種結構型式目前還不宜在大型燈泡貫流式機組上采用。在設有進人通道的條件下,兩種傳動方式燈泡比相差不大,水泵裝置的水力效率基本相同。廠家提供的行星齒輪箱的傳動效率為97%～98%,若考慮高速電機與低速電機效率差1%,在不考慮長期運行齒輪箱效率下降的情況下,直聯傳動方式裝置效率比齒輪減速傳動方式高1%～2%。直聯傳動方式葉片調節(jié)裝置可布置在燈泡體內的電機端部,便于檢查、維護。齒輪減速傳動方式葉片調節(jié)裝置只能布置在水泵轉輪進口側,對結構密封、可靠性和免維護性要求很高,在國內還沒有設計制造這種布置型式的調節(jié)機構的經驗,需進口。根據制造廠家的調研復函,葉輪直徑3m左右的直聯傳動燈泡貫流泵以國內技術為主,機組總重約為110～150t,單位造價約為5萬元/t;齒輪減速傳動燈泡貫流泵,多數廠家選擇采用進口齒輪箱、進口軸承、進口調節(jié)機構,單臺機組造價與直聯方式相差不大。綜合以上四個方面可見,直聯傳動方案結構可靠性相對較高,有一定的基礎,裝置效率相對較高,而設備造價相差不大。目前國內發(fā)電設備制造企業(yè)生產制造直聯傳動燈泡貫流泵在技術上具有一定的基礎,可靠性相對較高,但普遍任務飽滿,在水泵機組設備價格明顯低于發(fā)電設備價格的情況下,多數廠家表示無力兼顧。國內生產制造大型齒輪減速傳動燈泡貫流泵基礎相對較薄弱,至今無已建大型工程業(yè)績,需引進相關技術和設備,逐步積累經驗。4按裝置設計計算方法確定運行費用,按年齡約束揚程范圍,分為設軸流泵方案與透水方案結合江蘇境內淮安四站、淮陰三站泵型選擇,我們對立式軸流泵和燈泡貫流泵兩種泵型進行了技術經濟比較?；窗菜恼疚挥诮K省淮安市楚州區(qū),與已建的淮安一、二、三站及擬建的金湖站共同組成南水北調東線工程第二梯級泵站;淮陰三站位于江蘇省淮安市清浦區(qū),與已建的淮陰一、二站及擬建的蔣壩站共同組成南水北調東線工程第三梯級泵站。兩站的設計流量均為100m3/s,設計凈揚程分別為4.15m、4.28m,平均揚程分別為4.05m、3.11m?；窗菜恼镜牧⑹捷S流泵和燈泡貫流泵兩種方案的站身剖面圖如圖1-2所示。在設計和調水平均揚程下,燈泡貫流泵方案裝置效率比立式泵方案高約4%。站身結構布置上燈泡貫流泵方案開挖深度小,但平面尺寸大,出水側翼墻高度高,翼墻工程量大,燈泡貫流泵造價高,金屬結構工程造價高,比較部分的工程造價比立式軸流泵方案高約1300萬元。以年規(guī)劃抽水18.4億m3,以平均揚程工況計算運行費用,燈泡貫流泵方案每年可節(jié)省約60萬元。從工程投資、年運行費用及大修檢修維護費用三方面綜合考慮,按照設備壽命25a來計算,淮安四站貫流泵方案較立式軸流泵方案投資終值高約3192萬元。在設計揚程下,燈泡貫流泵方案裝置效率比立式泵方案高約4%,在調水平均揚程下,高約4.8%。站身結構布置上燈泡貫流泵方案開挖深度小,但平面尺寸大,出水側翼墻高度高,翼墻工程量大,燈泡貫流泵造價高,金屬結構工程造價高,比較部分的工程造價比立式軸流泵方案高約847萬元。以年規(guī)劃抽水18.4億m3,以平均揚程工況計算運行費用,燈泡貫流泵方案每年可節(jié)省約75萬元。從工程投資、年運行費用及大修檢修維護費用三方面綜合考慮,按照設備壽命25a來計算,淮陰三站貫流泵方案較立式軸流泵方案投資終值高約355萬元。5改造方案投資比選綜上所述,燈泡貫流泵方案能量特性優(yōu)于立式軸流泵方案,但從工程造價、年運行費用及檢修