大型立式蜗壳离心泵主要参数选择及模型试验.pdf
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1、2023年10 月引用格式:钱塘,岳志伟,杜博闻.大型立式蜗壳离心泵主要参数选择及模型试验J.水利水电快报,2 0 2 3,44(10):8 8-9 2.水利水电快报EWRHI第44卷第10 期大型立式蜗壳离心泵主要参数选择及模型试验钱塘,岳志伟,杜博闻(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江杭州31112 2)摘要:针对泵站扬程变幅大、泥沙含量大的运行环境,研究了立式蜗壳离心泵的水力特性,为水泵参数选取提供依据。结合重庆市渝西水资源配置工程金刚沱泵站工程特性及类似工程经验,对水泵参数的选择进行了优化,同时为验证水泵模型的水力特性,进行了水泵模型试验。试验结果表明:水泵模型效率、压力脉动
2、、空化特性等各项指标均满足要求,水泵在中高扬程段装置空化系数裕量充足,低扬程段可以保证稳定运行,预计水泵将拥有良好的水力性能。研究成果说明水泵参数选择合理,可为同类型水泵的选型设计及水力开发提供参考。关键词:大型立式蜗壳离心泵;参数选择;模型试验;西部地区中图法分类号:TU991.35文章编号:10 0 6-0 0 8 1(2 0 2 3)10-0 0 8 8-0 50 引 言大型泵站是水利基础设施的重要组成部分,在排涝、灌溉、调水和供水等方面发挥着不可替代的作用 。随着中国南水北调、大型市政供水等跨流域调水的需求逐渐增加,使泵站向大流量、高扬程、宽变幅方向发展2 。目前国内在大型立式蜗壳离心
3、泵领域的研究并不多,已有的成果包括过渡过程计算分析及水锤防护等3,但是对于水泵参数选取以及水力开发的研究还较少。重庆市渝西水资源配置工程金刚沱泵站为头部取水泵站,泵站重要等级高,引用流量大、扬程变幅大,且汛期过机泥沙含量较高,含沙水流对水泵存在一定的磨蚀,因此水泵参数的合理选取显得尤为重要。本文针对金刚沱泵站的特点,探讨选择合适的泵型和参数,并将水泵参数提供给主机制造厂家用以开发模型,开展模型试验,以验证参数选取的合理性41水泵参数选择水泵参数选择直接影响到泵站建设的经济性和运行的安全可靠性。水泵主要技术参数的选择应在确保机组稳定安全可靠的前提下,使水泵的性能符合国内外技术发展水平,并且参数之
4、间达到总体的收稿日期:2 0 2 3-0 3-15作者简介:钱。塘,男,高级工程师,硕士,研究方向为水电站、泵站和抽蓄电站水力机械及其辅助设备设计选型。E-mail:qian_t 88.文献标志码:AD0I:10.15974/ki.slsdkb.2023.10.015最优配合。1.1泵站概况渝西水资源配置工程金刚沱泵站位于重庆市江津区,泵站从长江取水,经引水管自流人进水井,由泵站提水后通过出水隧洞入圣中水库,再向东干线、西干线分水。泵站设计流量为2 8.6 0 m/s,设计扬程为7 5.0 m,装机容量为36 MW。金刚沱泵站为圆桶形半地下厂房,泵站由引水建筑物(取水头部、引水管、进水井)、泵
5、站厂房、出水隧洞、出水塔及管理楼、变配电间等组成。1.2机组型式及机组台数的确定本泵站设计流量为2 8.6 m/s,扬程范围4577m,设计扬程为7 5m,可供选择的泵型有卧式单级双吸离心泵和立式单级单吸离心泵。立式单级单吸离心泵结构简单,导轴承、推力轴承结构在水轮机、抽水蓄能泵上使用广泛,设计、制造工艺成熟,在国内外大型泵站应用广泛,国内运行管理经验丰富。卧式单级双吸离心泵结构紧凑,厂房为单层结构,电机与水泵同层布置,拆卸、检修维护相对较方便,在小型水轮机和灯泡贯流机组使用广泛,但是部件表面加工要求钱塘等大型立式蜗壳离心泵主要参数选择及模型试验高,制造加工难度大,目前已投运行的工程实例少5。
6、经调研,国内具备口径16 0 0 mm以上蜗壳铸造能力的铸件厂少,蜗壳铸造难度大,国内水泵厂家生产制造此种规格水泵的经验不足,不确定性高。该泵站作为工程首级水源泵站,运行小时数和供水保证率要求高,为保证水泵高效安全稳定运行,应优先选用成熟可靠的泵型方案。综合分析,推荐采用结构简单,设计、制造工艺成熟,难度小的立式单级单吸离心泵6 。综合考虑运行调度、水泵参数水平和投资等因素,各方案单级单吸离心泵方案设计、制造难度均在现有工程技术经验以内。其中3+1台(3台主用、1台备用)方案投资相对较省,且泵站枢纽布局更协调,故推荐泵站选用3+1台立式单级单吸离心泵机组方案。1.3额定转速选择结合表1所列与该
7、工程泵站流量或扬程类似泵站的水泵参数,与该泵站扬程接近的水泵比转速在112.65180.07mm/s,其中与泵站水泵扬程基本相同的万家寨CM3泵站水泵比的转速为180.07mm/s,与单泵流量接近的惠南庄泵站水泵比转速为145.3mm/s。表1国内外大型蜗壳离心泵主要参数Tab.1 Main parameters of large volute centrifugal pumpat home and abroad流量/扬程/项目(m s-)埃德蒙顿供水厂8.92哈巴斯泵站14.17牛栏江泵站7.67滇中石鼓泵站13.50加利福尼亚泵站15.00芝加哥供水三期9.35印度某项目7.00万家寨GM
8、16.45万家寨GM36.45惠南庄泵站10.00日本霞浦泵站6.40云南滇中13.50根据金刚沱泵站的流量扬程特点,综合考虑水泵汽蚀、泥沙磨损及水泵比转速水平等因素,结合参数法统计公式计算成果,不同装机台数和水泵型式水泵运行水泵备用最大扬程/平均扬程/设计扬程/最小扬程/极限最小叶轮直径D台数/台台数/台mm3177下,本阶段推荐水泵比转速在140 2 0 0 mm/s范围内选择。征询3家国内外水泵厂家,3家水泵厂家均推荐转速为37 5r/min的方案。根据泥沙分析成果,泵站在冲淤平衡计算最恶劣条件下,汛期月最大泥沙含量达0.6 6 9kg/m考虑到泵站水泵年利用小时数达到6 6 9 4h,
9、为减小泥沙磨损,不宜选用过高的转速。结合机电及土建可比投资进行比较,确定选择装机3+1台方案,水泵转速确定为37 5r/min,设计工况点的比转速为16 5.8 mm/s。1.4空化特性要求水泵空化特性试验应在规定的扬程、进水池水位、输出功率范围条件下进行。临界空化系数,定义为随着吸出水头的减少,效率低于无空化工况效率1%时的空化系数。初生空化系数;按2 个叶片表面开始出现可见气泡考虑。汛期泥沙含量较大,机组运行稳定性尤为重要,泵站空化系数,不宜太小,适当增大泵站空化系数,可减少进水管压力脉动,提高机组稳定性。在水泵安装高程为174m,100%额定转速下,整个扬程范围内水泵空化裕量应满足7 (
10、1)扬程6 0 7 7 m:0/g1.5,0,/;1.1;(2)扬程 55 6 0 m:,/g,1.1;(3)扬程45 55m:保证稳定运行;(4)如投人变频运行:全扬程范围内,,/i转速/比转速/m(r min-)600.00600.0251.00514.0219.30600.0225.80428.6159.70360.0101.00360.0150.00500.0140.00600.076.00500.058.20375.0103.00一223.00428.6mm扬程/m(高压侧))/mQ/(m.s-l)6975(m m3.s-l)153.00112.00106.4399.00113.28
11、126.11112.65136.66180.07145.3099.60表2 水泵主要参数Tab.2Main parameters of pumpD单泵设计流量额定转速n水泵最大入力设计效率最高效率飞逸转速nR设计点比转速/最小淹没安装)(r-min-1)(50.0 H z)/W n /%ma x/%(rmin-1)(mm.s-1)深度/m高程/m60451.5,g,/g;1.1。1.5#推荐的水泵主要参数根据相关计算,金刚沱泵站水泵主要参数如表2所示。2模型试验主机设备中标单位就金刚沱泵站蜗壳离心泵进行水力模型开发,制作了模型水泵装置和叶轮,并开展了水泵模型试验。2.1试验工况2.1.1模型转
12、轮参数模型转轮参数见表3。2.109.6375800091.092.0520165.810.017489.2023年10 月比尺叶轮型号4.4295A15582.1.2试验台介绍模型试验所采用的水力试验台是一座高参数、高精度的水力机械通用试验台,可以分别对贯流式、轴流式、混流式水轮机和水泵进行模型试验。试验台可按IEC60193及IEC609等有关规程的规定进行效率、空化、压力脉动、力特性、四象限、补气、飞逸转速等的模型试验,试验台综合效率误差不大于 0.20%。2.1.3仪器仪表标定模型试验前,分别对流量计、力矩传感器、水头传感器、尾水位传感器等进行了现场原位标率定,标定结果满足规范要求。2
13、.1.4水泵能量试验水泵效率试验在10 0 0 r/min条件下进行,覆盖水泵整个运行范围进行完整的水泵效率特性试验。对最优效率点进行了10 次重复测量,取算术平均值得到模型最优效率,并换算得到原型最优效率。(1)水泵最优效率见表4。由表4得出:模型和原型最优效率值满足保证值要求。表4水泵最优点效率试验Tab.4 Optimal efficiency test of pump项目模型最优效率保证值91.58试验值91.61(2)水泵设计点效率。模型设计点效率见表5,原型额定点效率见表6。由表5和表6 可知,模型和原型设计点效率值满足保证值要求。表5模型设计点效率试验Tab.5Design po
14、int efficiency test of model项目额定点效率/%保证值91.41试验值91.65表6 原型额定点效率Tab.6 Design point efficiency test of prototype项目额定点效率/%保证值92.60试验值92.83(3)加权平均效率。对水泵工况全部加权因子点进行了试验,模型效率及其相应的原型效率如表7所示。由表7 可知,水泵加权平均效率满足保证值要求。90.水利水电快报EWRHI表3模型转轮参数Tab.3 Parameters of model pump叶片数/个导叶高度/mm758.741原型最优效率92.7792.79扬程/m流量/(
15、m3 s-1)一一27.130.295扬程/m流量/(m.s=l)75.009.6074.959.62第44卷第10 期固定导叶数/个叶轮低压边直径/mm11312.21表7 加权平均效率试验Tab.7Weighted average efficiency test项目模型加权平均效率保证值90.64试验值91.00(4)水泵最大人力。额定转速条件下,对原型水泵最大人力(50 Hz)进行了试验。试验结果见表8。由表8 可知,原型水泵最大输人功率基本满足要求。表8 水泵最大入力试验结果Tab.8 Test results of maximum pump input原型扬程/厂原型流量/桂模型效率
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