【正文】 1水面平靜，無(wú)氣泡120水面平靜，無(wú)氣泡0 飛逸特性試驗(yàn)臨洪東站改造模型泵裝置飛逸特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表432。表432 模型泵裝置飛逸特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)（葉片角度：176。）序號(hào)水頭（m）流 量（l/s）轉(zhuǎn) 速（r/min）單位轉(zhuǎn)速（r/min）單位流量（m3/s）123456取單位飛逸轉(zhuǎn)速=292 r/min，則原型泵裝置在不同揚(yáng)程下的際飛逸轉(zhuǎn)速如圖45所示。表433為原型泵裝置飛逸特性數(shù)據(jù)。表433 原型泵裝置飛逸特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)（葉片角度：176。）水 頭（m）飛逸轉(zhuǎn)速（r/min）圖45 原型泵裝置飛逸轉(zhuǎn)速特性曲線 拍門水力損失測(cè)試模型泵裝置的拍門阻力損失測(cè)試采用定角度的方法，分別取拍門開(kāi)啟角度為15176。、20176。、25176。、30176。及45176。，在葉輪葉片安放角為0176。，并保證出水流道出流為淹沒(méi)出流工況時(shí)進(jìn)行不同流量水力損失測(cè)試。拍門為鉸型連接，材質(zhì)為A3鋼板，拍門厚度為4mm。各角度下拍門安裝圖見(jiàn)圖47~圖411。在各開(kāi)度下的流量揚(yáng)程曲線、流量效率曲線分別見(jiàn)圖412和圖413，拍門水頭損失與流量的關(guān)系曲線見(jiàn)圖46。在拍門不同開(kāi)啟角度下，模型泵裝置在設(shè)計(jì)流量（）下水力損失值見(jiàn)表434。試驗(yàn)表明拍門開(kāi)度在30176。以上，拍門水力損失很小，揚(yáng)程流量曲線已與無(wú)拍門時(shí)的曲線非常接近；但拍門開(kāi)度在30176。以下，隨著拍門開(kāi)度減少水力損失越來(lái)越大，對(duì)整個(gè)泵裝置效率的影響也越大。圖46 不同開(kāi)度拍門水力損失與流量的關(guān)系圖表434 設(shè)計(jì)流量時(shí)（Q=281 l/s）時(shí)拍門各開(kāi)啟度下的水力損失拍門開(kāi)度15176。20176。25176。30176。45176。水力損失（m） 圖47 拍門開(kāi)度15176。 圖48 拍門開(kāi)度20176。 圖49 拍門開(kāi)度25176。 圖410 拍門開(kāi)度30176。圖411 拍門開(kāi)度45176。 ①拍門開(kāi)度15176。 ②拍門開(kāi)度20176。 ③拍門開(kāi)度25176。④拍門開(kāi)度30176。 ⑤拍門開(kāi)度45176。 ⑥未裝拍門圖412 拍門損失試驗(yàn)流量揚(yáng)程數(shù)據(jù)對(duì)比圖 ①拍門開(kāi)度15176。 ②拍門開(kāi)度20176。 ③拍門開(kāi)度25176。④拍門開(kāi)度30176。 ⑤拍門開(kāi)度45176。 ⑥未裝拍門圖413 拍門損失試驗(yàn)流量效率數(shù)據(jù)對(duì)比圖5 原型軸流泵裝置性能換算根據(jù)《水泵模型及裝置模型驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》（SL1402006）流量、揚(yáng)程、軸功率和汽蝕余量采用下列換算公式： 換算為原型泵裝置的通用性能曲線見(jiàn)圖51 。在運(yùn)行特征揚(yáng)程下原型泵裝置（176。）的流量、效率見(jiàn)表51。表51特征揚(yáng)程下的流量、效率表工 況凈 揚(yáng) 程 (m)流 量 (m3/s)效 率 (%) 設(shè) 計(jì)最 高最 低 以上的性能換算未考慮水泵葉輪增加后水力損失、機(jī)械損失減小可增加裝置效率。如考慮這一影響，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的軸流式水輪機(jī)換算公式（Hutton公式）：式中，下標(biāo)P、M分別表示原模型的參數(shù)，max表示最高效率點(diǎn)的參數(shù)。其余各點(diǎn)按下式換算：式中，經(jīng)計(jì)算： 綜合考慮取 圖51為未考慮原型效率增加后的裝置綜合特性曲線。圖52為考慮原型效率增加后的裝置綜合特性曲線。6 結(jié)論（1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，臨洪東站水泵模型裝置最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在2186。，％，此時(shí)流量Q= l/s，揚(yáng)程H=，），臨洪東站改造泵裝置的綜合水力性能參數(shù)已接近國(guó)內(nèi)同類裝置的優(yōu)秀水平。（2）原型泵裝置的葉片安放角度置于0186。，揚(yáng)程H=，流量可達(dá)Q=，能滿足流量設(shè)計(jì)要求。該工況原型泵裝置效率考慮效率修正為77%。（3）葉片角度0186。時(shí)。（4）在葉片角度0186。時(shí)，設(shè)計(jì)工況汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)為904（Q=281 L/s，H=，△hr=），汽蝕性能較好，滿足葉輪中心淹沒(méi)深度要求。（5）根據(jù)淹深試驗(yàn)結(jié)果，該站最低運(yùn)行水位▽。（6）泵裝置出口拍門的開(kāi)啟角度小于30186。時(shí)，對(duì)水流阻力較大，對(duì)揚(yáng)程、效率影響隨著開(kāi)啟角度的減小迅速增大；泵裝置出口拍門的開(kāi)啟角度大于30186。時(shí)，對(duì)水流阻力很小，對(duì)揚(yáng)程、效率無(wú)顯著影響。7 原型泵主要參數(shù)確定轉(zhuǎn)輪直徑 葉片數(shù) 導(dǎo)葉片數(shù) 揚(yáng) 程 =流 量 轉(zhuǎn) 速 葉片安放角 效率 軸功率 配套功率 8 水泵結(jié)構(gòu)選擇水泵結(jié)構(gòu)型式：立式導(dǎo)葉體單級(jí)軸流泵采用立式結(jié)構(gòu)型式的主要目的是為了減小大型泵站機(jī)組的占地面積，一般通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)，且軸向力由裝于電機(jī)上部的軸承承受，簡(jiǎn)化泵的結(jié)構(gòu)。水泵進(jìn)出水流道都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。葉輪座和襯圈分別被埋入水泵的混凝土進(jìn)出水管中，導(dǎo)葉體用螺栓和襯圈固定，葉輪座和導(dǎo)葉體中間按裝固定葉輪外殼。為便于裝拆，在導(dǎo)葉體和葉輪外殼聯(lián)結(jié)法蘭中間加墊鐵。這種結(jié)構(gòu)型式，加強(qiáng)了水泵殼體的剛性；同時(shí)，因水泵進(jìn)出水流道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，節(jié)省大量的金屬材料，安裝維護(hù)也較方便。9 水泵結(jié)構(gòu)水泵結(jié)構(gòu)包括：葉輪座、葉輪外殼、導(dǎo)葉體、葉輪、泵主軸、軸的密封、導(dǎo)軸承及密封裝置、聯(lián)軸器，現(xiàn)分別敘述。 葉輪座葉輪座為整體鑄鐵件，是泵的支撐部分。在和葉輪外殼聯(lián)接的法蘭上設(shè)有梯形槽，安裝時(shí)嵌入橡膠繩，以利止水，葉輪座下半部分埋入水泵進(jìn)口的混凝土中。葉輪座的中心位置，可供裝拆轉(zhuǎn)輪是，放置油壓，千斤頂。 導(dǎo)葉體導(dǎo)葉體的作用是使液體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，同時(shí)將液體輸送到出水管上去。導(dǎo)葉體為整體鑄鐵件，中間設(shè)下橡膠軸窩，有均勻分布的四片固定導(dǎo)葉。導(dǎo)葉體內(nèi)裝水潤(rùn)滑橡膠導(dǎo)軸承。在導(dǎo)葉體與葉輪外殼的止口處和襯圈聯(lián)結(jié)的法蘭上均設(shè)有供按裝橡膠繩止水的梯形槽。導(dǎo)葉體用螺栓與澆入混凝土內(nèi)的襯圈聯(lián)結(jié)。 葉輪外殼及葉片葉輪外殼是水流通過(guò)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)換能量的地方。葉輪外殼為球殼體，以便使球形葉片在內(nèi)做任意調(diào)角時(shí)，保持葉片間隙不變?？紤]到木模制造、澆鑄工藝和拆裝方便，將葉輪外殼分半制造。葉輪體為分半鑄鋼件，用法蘭聯(lián)接，球面上均勻布置四張葉片。葉片和樞軸分開(kāi)制作，用螺栓緊固，并有銷釘定位，這樣，便于加工和安裝。材料分別為鑄鋼和鍛鋼。螺栓承受轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力，銷釘承受升力引起的水力矩形成的扭轉(zhuǎn)力。 泵主軸主軸材料為35號(hào)鍛鋼。最小內(nèi)徑計(jì)算參照下面章節(jié)。因其葉輪固定，采用實(shí)心軸。泵軸上端設(shè)彈性聯(lián)軸器與電機(jī)軸相連，下端設(shè)法蘭與葉輪螺母相接。 制造安裝要求：為了便于軸上零件的裝拆，將軸做成階梯狀。軸的直徑從軸端逐漸向中間增大。可以依次將軸上零件如套筒、導(dǎo)軸承、軸承蓋裝拆，推力軸承、聯(lián)軸器從另一端裝拆。為使軸上零件易于安裝，軸端及各軸段的端部應(yīng)有倒角。軸上磨削的軸段有砂輪越程槽。 軸的密封泵軸采用機(jī)械密封。機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足高轉(zhuǎn)速的要求，旋轉(zhuǎn)部分只有由軸套固定的極易平衡的動(dòng)環(huán)，而其他部分帶有彈簧、密封圈和浮動(dòng)靜環(huán)等不易平衡的部分作為密封的靜止部分。密封面的寬度應(yīng)比較窄，以減少由于高速摩擦產(chǎn)生的熱量。在此設(shè)計(jì)中選用某公司生產(chǎn)的新型機(jī)械密封BGM7系列，產(chǎn)品說(shuō)明：該密封系列是單端面的，非平衡型，任意旋向且符合EN12756(DIN24960)標(biāo)準(zhǔn)的，BGM7系列應(yīng)用廣泛,互換性強(qiáng),廣泛應(yīng)用于石油化工泵中。材料組合密封端面: 石墨、碳化硅、碳化鎢、氧化鋁輔助密封: 丁腈膠、氟橡膠、乙丙膠、硅橡膠、PTFE金屬構(gòu)件: 不銹鋼運(yùn)行參數(shù)規(guī) 格: 14～200 mm壓 力: ≤ Mpa溫 度: 50～220℃線 速 度: ≤20m/s 圖2 機(jī)械密封 軸向竄動(dòng)量d1≤25 :177。 mmd1≥28～63 :177。 mmd1≥65 :177。 mm該型機(jī)封的驅(qū)動(dòng)方式是用鍵傳遞扭矩。帶螺紋泵機(jī)封主要是用在密封腔內(nèi)液體需要自循環(huán)的工況。 導(dǎo)軸承及密封裝置 水泵導(dǎo)軸承用來(lái)承受水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的徑向力，使機(jī)組主軸保持垂直位置。此設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承及氈圈油封密封，對(duì)軸承的磨損小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)組穩(wěn)定性好。10 水泵導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu) 軸承體是分半型式，材料ZG1Cr18Ni9，用螺栓合為一體。內(nèi)用螺栓和螺釘固定彈性塑料軸瓦 塑料軸瓦基本尺寸的選擇 潤(rùn)滑槽的尺寸根據(jù)“水輪機(jī)結(jié)構(gòu)及其部件計(jì)算”一書(shū)推薦如表表 101 橡膠軸承溝槽尺寸軸承直徑（mm）塊數(shù)溝槽數(shù)溝槽尺寸（mm）265~36548515415~565612515615~82081620870~10201020201120~1430122420或251530~163016321025 按照導(dǎo)軸承處為，所以選?。? 導(dǎo)軸承瓦塊數(shù)：=6 總溝槽數(shù)：=12 溝槽尺寸：=5mm =15mm 軸承長(zhǎng)度 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 一般取 主軸徑 則 取 塑料瓦的厚度 塑料瓦厚度的選取，考慮軸承在工作過(guò)程中允許的磨損及潤(rùn)滑水槽的深度。 其厚度一般經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 厚度 式中： 取 所以 = 取 11 水泵主軸強(qiáng)度計(jì)算水泵主軸，其兩端制成兩個(gè)法蘭，一個(gè)法蘭與水泵轉(zhuǎn)輪固定，另一法蘭與電動(dòng)機(jī)軸聯(lián)接。下法蘭作為轉(zhuǎn)輪的頂蓋。主軸為實(shí)心軸。 主軸軸身強(qiáng)度計(jì)算 軸向水壓力 式中是軸向水推力系數(shù) 軸流式水輪機(jī)軸向水推力系數(shù)葉片數(shù)34567水推力系數(shù)當(dāng)時(shí)，取輪轂比 = 所以代入上式=轉(zhuǎn)輪重量==主軸重量 總軸向力 扭轉(zhuǎn)力矩 扭應(yīng)力 式中——斷面模數(shù)（抗扭） 則 拉應(yīng)力 式中：F——軸截面面積 則 合成應(yīng)力 按最大切應(yīng)力理論 12 葉片強(qiáng)度校核 基本數(shù)據(jù)= 一個(gè)葉片所受的軸向力 =一個(gè)葉片所受的軸向力可視為葉片投影到徑向平面的平面圖形形心所在的半徑式中： 轉(zhuǎn)子輪轂半徑 轉(zhuǎn)輪半徑 平均半徑 轉(zhuǎn)輪葉片的形狀應(yīng)該和模型泵葉片幾何相似，從而可計(jì)算出泵與模型泵的尺寸比，及相似系數(shù)： 其中： 圓柱截面翼型的平均弦長(zhǎng) 圓柱截面平均半徑 所以： 故： 葉片各圓柱截面翼型面積，將翼型截面分為若干份 截面ⅠⅡⅢⅣⅤ104199411621307753 繪出翼型截面面積與半徑關(guān)系曲線，把曲線分成五個(gè)梯形，求出梯形的體積，即可相似的到葉板的體積計(jì)算得：截面ⅠⅡⅢⅣⅥ葉板的體積：葉板的重量式中：應(yīng)用公式：式中： 當(dāng)轉(zhuǎn)速 為額定轉(zhuǎn)速 當(dāng)轉(zhuǎn)速為飛逸轉(zhuǎn)速 名稱重量垂心半徑離心力離心力葉板78471162289718466①已知數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)輪直徑 葉板重量 葉板重心半徑 一個(gè)葉片上的 軸向水壓力 葉板所受離心力 最大水力矩 葉片根部斷面半徑 ②葉片根部強(qiáng)度計(jì)算 假定作用在葉片上的壓力，系統(tǒng)全表面分布，其合力等于升力且作用在壓力中心上。把靠法蘭連接處的根部截面作為葉片最危險(xiǎn)截面，此截面作用著最大彎矩。 葉片根部截面的作用力矩，可按懸臂梁固定力矩計(jì)算。㈠彎矩計(jì)算 葉片根部斷面對(duì)中性軸的慣性矩?cái)嗝婺?shù)㈡葉片的彎應(yīng)力 ㈢葉片的拉應(yīng)力 在正常轉(zhuǎn)速下 在飛逸轉(zhuǎn)速下 ㈣總的拉應(yīng)力 在正常轉(zhuǎn)速下 在飛逸轉(zhuǎn)速下