抬升新型式泵站效能的重要举措剖析

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1、抬升新型式泵站效能的重要举措剖析1概述广和泵站工程是广州市北部水系建设西航道引水工程的龙头。西航道引水工程包括广和泵站、引水渠、白云湖三部分。广和泵站设计流量为25.0m3/s,提水经4.7km引水渠进入白云湖，白云湖总而积为2.07km2,水面面积为1.05km2。白云湖是继20世纪50年代开挖兴建的4个湖泊(东山湖、流花湖、荔湾湖、麓湖)以来本世纪开挖的第一座人工湖。泵站选址位于西航道广和大桥上游50m处，装设4台潜水轴流泵(1600ZDBX-100),采用立式安装，泵房长度为27.05m,宽23.2m.进水流道为钟形进水流道，

2、混凝土井筒结构。出水流道为井壁蜗壳混凝土流道，宽4m高2m.lt!于采用了潜水轴流泵，简化了泵站的水工建筑结构布置，减小安装面积。地面厂房结合管理楼布置。泵站上层面无建筑物，形成开阔平面，给景观和绿化设计提供有利条件。广和泵站不同于一般的泵站，是长历时引水泵站，每天运行1012h,对效率、可靠性、安全性、实现环保运行提出了非常高的要求,在满足上述要求的基础上，重点考虑泵站建设的经济性。2潜水泵的效率为什么比较低自20世纪80年代以来我国潜水电泵技术逐渐趋于成熟，并向大型化的方向发展，目前已经出现了1600mm出水口径的大型潜水泵，但

3、是往大型的方向发展遇到了技术瓶颈。因为水泵越大，所需耍的转速就越低，而对于电机来说，转速越低，体积就越大，重量就越重，效率和功率因数（尤其是功率因数）就越低，同时由于电机体积大，导致水泵灯泡比加大，水泵的效率降低。河北省叶三拨泵站曾经进行模型实验，结果最高装置效率仅为52.11%,换算到口径为1.4m的潜水泵其最高效率只有62%,比普通的机组少了11个百分点，说明大型潜水泵必须研究其内部流动规律，改善流道的水力条件，确保高效稳定运行。井筒式是潜水泵最常见的安装结构，其基本布置形式如所示，潜水电机位于水泵的上方，恰好堵在水泵的出口处，

4、常规泵的出口只是1根直径很小的轴，对水流的影响不大，而潜水泵的出口是电机，庞大的电机会阻碍水流的正常流动，这是两者的最大差别。实验还表明，潜水泵水力损失比较大的原因主要是在水泵的出口部分，用1台350QZ-70DB的潜水泵采用三维紊流模型对出口流道进行计算，并与实际流动比较，得到了的流速分布图，可以看出：（1）当水流绕过电机时，在电机后面形成一个很大的旋涡，其长度约为电机直径的0.9倍，电机上面出现的旋涡区是造成水力损失和运行不稳的主要原因；（2）当水流从井筒流入水平的出水管时，由于方向从垂直流向水平，并且急剧收缩，流动紊乱，流速分

5、布很不均匀，且拌有旋涡产生。出水流道内影响流态的因素主要是电机以及井筒与出水管连接处的形状和尺寸。提高装置效率主要是优化流道设计以改善水流的流态以及减小电机直径，这是本文讨论的主耍内容。3行星齿轮减速是潜水泵大型化的关键技术从水力机械的原理可以知道，随着口径的增加，泵的转速是不断减少的，其原因主要有2个：一是水泵的水力性能所决定，这点可以从比转速的概念得知，当比转速I古I定吋，流量增加，转速降低；二是汽蚀性能所决定，水泵转速与叶轮直径的乘积nD正比于水泵的汽蚀余量？H,nD的范围一般在500以内（D用m,n用rpm,也R卩轮缘的线速

6、度小于26m/s）；因此D越大n就越小，常见的水泵直径与转速的关系可以从得知。电机转速越低，体积就越庞大。这就对潜水泵的应用带来很大的负面影响，就电动机本身而言，低速者线圈个数多，用料多，价格高，效率和功率因数都低，加上重量大，起吊困难，也许有人会说，这无非是增加工程造价，多耗一些电而已。然而对潜水泵整体来说，就不是这么简单了，可以从结构来说明，随着口径的增加，电机直径与水泵直径的比值（也称灯泡比）在不断增加，比如小型潜水泵（口径为350mm）灯泡比大约为0.3；而中型（口径为1000mm）灯泡比已达0.6左右；大型（口径为1600

7、mm）灯泡比竟达0.9,电动机差不多完全堵住了水泵的出口，流态的恶化也日趋严重，因此，如何减少电动机直径成为潜水泵大型化的关键技术。广和泵站采用1600ZDBX-100带行星齿轮减速技术，水泵的转速是269r/min,通过NAJ500A行星齿轮减速器与转速为990r/min的电机连接，使电机的极数由24极减少到6极，这样电机的外径就从1500mm减少到1050mm,导叶体扩散角由20以上降低到12以下，大大减少电机对水流的阻碍，功率因数还可以人幅度提高，解决了潜水泵大型化的主要矛盾。4流道优化设计水泵设计单位一般比较注重水泵泵段性能

8、，将主要精力放在用于提高泵段效率上，其实大家都知道，泵段技术经过多年的研究，目前已经比较成熟，即使要提高1%的水泵效率，也是非常困难的事。而生产厂家在水泵产品性能样本以及说明书上表明并向用户保证的也是泵段效率，用户要求的却是包括进、出