【正文】 水力機(jī)械和金屬結(jié)構(gòu)1 概況連云港市臨洪東站位于連云港市北郊9km處310國(guó)道北側(cè)。1978年經(jīng)淮委批準(zhǔn)動(dòng)工興建，1980年停緩建，1992年經(jīng)淮委批準(zhǔn)續(xù)建，2000年通過(guò)工程竣工驗(yàn)收交付使用。臨洪東站是治淮工程沂沭泗洪水東調(diào)南下主體工程之一，承擔(dān)薔薇河流域1054km2的內(nèi)澇強(qiáng)排任務(wù)，是確保連云港市區(qū)及東隴海鐵路防洪安全的關(guān)鍵工程。臨洪東站備有110kV、40000kVA的專用變電所，站內(nèi)裝備ZL307型軸流泵配TDL300040/3250同步電動(dòng)機(jī)共12臺(tái)套，電動(dòng)機(jī)功率3000kW，設(shè)計(jì)抽排能力300m3/s，最大抽排能力360 m3/s，總裝機(jī)容量36000kW。，排澇標(biāo)準(zhǔn)為五年一遇，是目前我國(guó)單站裝機(jī)容量最大的軸流泵站。由于該泵站12臺(tái)機(jī)均為上世紀(jì)70年代末、80年代初產(chǎn)品，老化陳舊，難以適應(yīng)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。2008年該站已列入國(guó)家拉動(dòng)內(nèi)需第一批泵站改造項(xiàng)目。本次改造將12臺(tái)主水泵、主電機(jī)和輔助系統(tǒng)全部更新。2 水利機(jī)械 連云港臨洪東抽水站為排澇泵站設(shè)計(jì)總流量300，單向運(yùn)行。,表11 　泵站特征水位表 單位：m工況排澇工況位置下游上游最高運(yùn)行水位 設(shè)計(jì)水位 最低運(yùn)行水位表12 　泵站特征揚(yáng)程表 單位：m運(yùn) 行 工 況水 位 組 合凈揚(yáng)程(m)下游側(cè)(m)上游側(cè)(m)排澇最高凈揚(yáng)程（注1）（注2）設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程（注3）（注4）最低凈揚(yáng)程//（注5）注1：下游通入黃海，按海平面水位基本不變考慮。注2：100年一遇設(shè)計(jì)洪水位，為了安全。注3：關(guān)閘水位（下游控制啟用水位），為了安全。注4：10年一遇高水位，為了安全。注5：最低凈揚(yáng)程按平水開(kāi)機(jī)組合。 《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：機(jī)組臺(tái)數(shù)以3~9臺(tái)為宜。機(jī)組臺(tái)數(shù)少，運(yùn)行調(diào)度不靈活；機(jī)組臺(tái)數(shù)過(guò)多，泵房尺寸較大，土建工程量大，機(jī)電設(shè)備造價(jià)較高。但是臨洪東泵站是改建泵站，原有機(jī)組12臺(tái)套，不在改建計(jì)劃之內(nèi)，所以仍取12臺(tái)套機(jī)組設(shè)計(jì)，單機(jī)流量為25。 該泵站原有的泵房不需要改建，保留原有的前后出水池以及進(jìn)出水流道，型式不變，仍為立式機(jī)組，選立式泵機(jī)組。根據(jù)泵型選擇設(shè)計(jì)原則結(jié)合以往類似工程設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選用揚(yáng)州大學(xué)泵裝置水利模型。 一：TJ04ZL22 該水泵模型設(shè)計(jì)流量為375L/s。TJ04ZL22水力模型曲線根據(jù)相似定律進(jìn)行模型換算：20+2+4+620+2+4+620+2+4+6 二：TJ04ZL23該水泵模型設(shè)計(jì)流量為310L/s。TJ04ZL23水力模型曲線根據(jù)相似定律進(jìn)行模型換算：420+2+4420+2+4420+2+4考慮到水泵nD值要小于235，所以TJ04ZB23轉(zhuǎn)速選用1290r/min,根據(jù)模型泵和原型泵nD值相等考慮，原型泵的轉(zhuǎn)速為n=125r/min,直徑D=3100mm。3 模型裝置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 臨洪東站流道模型裝置在上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院提供的臨洪東站改造總體方案的基礎(chǔ)上確定進(jìn)、出水流道模型尺寸，模型比采用，進(jìn)、出水流道模型如圖21所示。圖21 模型泵裝置示意圖采用TJ04ZL23水力模型進(jìn)行泵模型裝置模型試驗(yàn)。模型泵葉輪直徑300mm，葉片數(shù)為3。原型泵葉輪直徑3100mm，因此模型比為：葉輪室采用中開(kāi)結(jié)構(gòu)，以利拆裝及葉片角度調(diào)節(jié)。葉輪室設(shè)有機(jī)玻璃觀察窗，以利觀察葉片的汽蝕狀態(tài)。進(jìn)水流道、出水流道均采用鋼板焊接，并在進(jìn)水流道設(shè)計(jì)了2對(duì)觀察窗，以觀察流道內(nèi)的流態(tài)。4 泵裝置模型試驗(yàn) 模型試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容根據(jù)合同，泵裝置模型試驗(yàn)主要有以下內(nèi)容：1）5個(gè)葉片安放角下模型泵裝置能量性能試驗(yàn)；2）各葉片角度特征揚(yáng)程下的模型泵裝置汽蝕試驗(yàn)；3）模型泵裝置的進(jìn)口淹沒(méi)深度試驗(yàn)；4）模型泵裝置飛逸特性試驗(yàn)；5）不同開(kāi)起角度下拍門(mén)阻力損失試驗(yàn)。每個(gè)葉片安放角的能量性能試驗(yàn)點(diǎn)不少于15點(diǎn)，汽蝕試驗(yàn)點(diǎn)不少于10點(diǎn)。、 、臨界汽蝕余量按效率下降1%確定。 模型試驗(yàn)系統(tǒng)及測(cè)試方法模型試驗(yàn)在揚(yáng)州大學(xué)江蘇省水利動(dòng)力工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的高精度水力機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。試驗(yàn)臺(tái)為立式封閉循環(huán)系統(tǒng)，如圖41所示。 m， m， m管道，整個(gè)系統(tǒng)水體積為50 m3。 圖41 高精度水力機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)示意圖試驗(yàn)臺(tái)可進(jìn)行模型泵段（泵裝置）性能試驗(yàn)、汽蝕試驗(yàn)、飛逸特性試驗(yàn)；水輪機(jī)工況試驗(yàn)；模型泵段（泵裝置）過(guò)渡特性、內(nèi)特性試驗(yàn)；可對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行原位校驗(yàn)。本次試驗(yàn)量測(cè)系統(tǒng)主要儀器設(shè)備見(jiàn)表41。表41 試驗(yàn)量測(cè)系統(tǒng)主要儀器設(shè)備測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量?jī)x器設(shè)備名稱型 號(hào)工作范圍標(biāo)定精度標(biāo)定時(shí)間揚(yáng) 程差壓變送器EJA110A0~100kPa流 量電磁流量計(jì)Emag型DN400mm轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器ZJ100Nm數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速演算顯示儀TS800B汽蝕余量絕對(duì)壓力變送器EJA3100~130kPa試驗(yàn)臺(tái)于2001年9月通過(guò)由江蘇省科技廳組織的鑒定，效率測(cè)試系統(tǒng)綜合誤差為177。%，符合中華人民共和國(guó)水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL1402006《水泵模型驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》的精度要求。該試驗(yàn)臺(tái)2004年通過(guò)國(guó)家計(jì)量論證，2009年9月通過(guò)復(fù)查評(píng)審。 測(cè)試方法采用變頻器調(diào)節(jié)模型泵試驗(yàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)相似律等揚(yáng)程換算（即DMnM=DPnP），模型泵試驗(yàn)額定轉(zhuǎn)速為1292 r/min。試驗(yàn)方法按照GB321589和SL 1402006執(zhí)行。從大流量到小流量依次測(cè)試15個(gè)以上的不同流量點(diǎn)。進(jìn)口測(cè)壓斷面設(shè)置在進(jìn)水箱11位置，出口測(cè)壓斷面設(shè)在壓力水箱22位置（如圖42所示），裝置揚(yáng)程H等于11和22兩斷面的總能頭差（即相應(yīng)于原型泵站的上下游水位差）?？偰茴^差等于兩斷面的靜壓差與動(dòng)壓差的代數(shù)和： （41）式中，為靜壓差(即靜揚(yáng)程)，在揚(yáng)程測(cè)量系統(tǒng)的差壓變送器上兩個(gè)測(cè)管接頭位于同一水平位置時(shí)，壓差可由此差壓變送器測(cè)得，單位，再換算成；為動(dòng)壓差，由流量及11與22兩斷面過(guò)水?dāng)嗝娣e計(jì)算而得，單位。由于11和22兩斷面過(guò)水?dāng)嗝娣e足夠大而且相近，因此，動(dòng)壓差忽略不計(jì)。圖42 測(cè)壓斷面布置示意圖 模型泵裝置的流量采用DN400電磁流量計(jì)測(cè)量。模型泵裝置機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩主要由軸承與軸封摩擦損失等造成，在機(jī)組無(wú)水運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)出。每次調(diào)整葉片安放角度后先測(cè)試空載轉(zhuǎn)矩，再充水進(jìn)行性能試驗(yàn)。泵軸的轉(zhuǎn)速和輸入轉(zhuǎn)矩，由安裝于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和水泵軸之間的ZJ型轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器直接測(cè)得。本文所指的模型泵裝置效率為扣除機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩后的數(shù)值，由下式計(jì)算： （42）式中，為模型泵裝置效率，%；為模型泵裝置流量，m3/s； 為模型泵裝置揚(yáng)程，；為模型泵裝置輸入轉(zhuǎn)矩，Nm；為模型泵裝置機(jī)械損失轉(zhuǎn)矩，Nm；為模型泵裝置試驗(yàn)轉(zhuǎn)速，r/min。當(dāng)水溫變化較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)測(cè)水溫修正密度。本試驗(yàn)臺(tái)回路系統(tǒng)容積較大，一次試驗(yàn)過(guò)程中水溫變化較小。試驗(yàn)水溫以開(kāi)機(jī)后穩(wěn)定運(yùn)行二十分鐘后的實(shí)測(cè)水溫取值，并認(rèn)為一次試驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)水溫為恒定。 通過(guò)電磁感應(yīng)原理測(cè)得安裝于轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器軸上的齒輪在采樣周期T（秒）內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)m，在齒輪的齒數(shù)為120齒，則在采用周期時(shí)間段內(nèi)泵軸的轉(zhuǎn)速即為： （43）汽蝕試驗(yàn)保持流量不變，通過(guò)封閉循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)抽真空，逐步減小系統(tǒng)壓力的方法，使泵內(nèi)發(fā)生汽蝕。不同系統(tǒng)壓力下的汽蝕余量值由下式計(jì)算： （44）式中，為汽蝕余量，單位m；Pav為裝置進(jìn)口測(cè)壓點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)，由絕對(duì)壓力變送器測(cè)得，單位Pa；Pv為試驗(yàn)水溫下水的飽和蒸汽壓強(qiáng)，Pa；h為絕對(duì)壓力變送器高于泵葉片旋轉(zhuǎn)中心線與葉輪外殼交點(diǎn)的高度值，單位m。測(cè)試過(guò)程中，流量保持常數(shù)，效率下降1 %確定為臨界汽蝕余量。模型試驗(yàn)測(cè)試了+4176。、+2176。、0176。、2176。、4176。五個(gè)葉片安放角度的性能，表42~表46列出了性能試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果整理得到模型泵裝置通用性能曲線見(jiàn)圖43（轉(zhuǎn)速1292 r/min，葉輪直徑300 mm）。表42 模型泵裝置性能試驗(yàn)采樣數(shù)據(jù)表（葉片角度：+176。）序號(hào) 流量(l/s) 揚(yáng)程(m) 軸功率(kW) 效率(%)(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) 表43 模型泵裝置性能試驗(yàn)采樣數(shù)據(jù)表（葉片角度：+176。）序號(hào) 流量(l/s) 揚(yáng)程(m) 軸功率(kW) 效率(%)(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) 表44 模型泵裝置性能試驗(yàn)采樣數(shù)據(jù)表（葉片角度：176。）序號(hào) 流量(l/s) 揚(yáng)程(m) 軸功率(kW) 效率(%)(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12