南水北调泗阳站水泵性能偏差的原因分析及对策

韩宏举 潘卫锋

（1.江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800；2.江苏省南水北调泗阳站工程建设处，江苏 宿迁 223700）

泗阳站是南水北调东线多级提水系统的第四梯级，位于江苏省泗阳县县城东南约3 km 处的中运河输水线上，泵站共安装6台液压全调节立式轴流泵（含1台备用），配6台功率为3000 kW 的同步电动机，设计净扬程6.30 m，平均净扬程5.55 m，单泵设计流量33 m3/s，调水规模164 m3/s。本工程于2009年底开工建设，2012年5月通过机组试运行验收，2013年5月、10月，泗阳站工程建设处组织人员采用“无线式声学多普勒流速剖面仪（走航式ADCP）”测速的方法，分别对原型泵的性能进行了测量，结果显示：泵站的单台机组流量与通过模型装置试验相似换算的流量有一定的偏差。为此，笔者对造成水泵性能偏差的原因进行分析，并提出相应的处理措施和对策。

1 测量数据与整理分析

1.1 现场测量的数据

2013年5月和10月两次现场测量的成果统计分别见表1、表2。

1.2 对现场检测数据的整理及分析

（1）现场检测数据

在现场测量的过程中，计算水位差时没有计入拦污栅、门槽、测流点与泵站间的水头损失。依据经验将上述几处的水头损失按0.3 m 计入损失后，对现场测量数据整理见表3 和表4。

（2）性能曲线分析

考虑影响测量成果的各种因素，将整理后的数据绘制在相似换算的原型泵装置性能曲线图中，见图1。性能曲线说明：

①图1 性能曲线是依据模型泵装置性能曲线经过相似换算得到。据点，符号为第二次测流数据

表1 第一次现场测量的数据统计表（2013年5月）

表2 第二次现场测量的数据统计表（2013年10月）

表3 第一次检测成果整理后的统计表

表4 第二次检测成果整理后的统计表

图1 原型泵装置性能曲线

③-6°～-12°性能为依据测试-4°～+4°之间的规律所推测绘制出来的，用于与实泵现场测试性能对比时参考。

④合同规定的性能：流量Q=33 m3/s，扬程H=6.3 m。

⑤合同要求的性能需要水泵运行在0°，第一次测量的性能数据所对应的原型泵标记角度+2°，与换算原型泵装置性能曲线的角度+2°相差约7°～8°左右；第二次测量的性能数据所对应的原型泵标记角度与换算原型泵装置性能曲线的角度性能相差约3°～4°。

⑥从测量数据看，原型泵的装置效率与模型装置试验报告中的装置效率相符，现场测试性能点的性能对应的功率1500～2100 kW 也远远小于配套电机的额定功率3000 kW。

2 造成性能偏差的原因分析

从第一次现场测量数据看，测量的机组有1#、3#、4#、5#、6#，并有单台或组合机组不同运行角度的运行参数，测试的流量参数无明显异常，基本上可以判定流量的偏差不是因为原型泵机组的叶片角度安装错误所导致。

依据第一次现场测量性能与相似换算原型泵装置性能曲线推测，向正角度调整5°后，测量的数据应与换算原型泵装置性能曲线的角度性能相差约2°～3°。而第二次测量的数据与换算原型泵装置性能曲线也有一定的偏差，现场测定性能与相似换算偏差约3°～4°，所以两次测量数据与试验换算性能相比，测量偏差约1°，对应流量约1.5 m3/s。

综上分析，可以认为造成流量偏差的主要原因是模型泵装置试验的叶片安放角与原型泵的叶片安放角出现了偏差，而造成模型泵装置试验的叶片安放角与原型泵的叶片安放角出现了偏差的可能原因是模型装置的安装调试及试验角度的调整主要由第三方进行，水泵安装没有进行0°叶片高差的复核确认（间接测量叶片安放角的方法）和各试验叶片角度的复核确认，导致模型装置试验时，模型泵设计0°叶片安放角的进出水边最大外缘高度差与试验标称0°的高度差不一致，进而导致在原型泵设计时，在相同公称叶片安放角度下，原型叶片的高差与试验时的叶片高差不一致，而原型泵的其余角度又均是以0°为基准确定的，故造成原型泵的各角度与试验曲线整体偏移。

3 对策措施

3.1 近期对策

依据原型泵的设计，设计可运行角度范围为-6°～+4°，根据原型泵实物，最大正向角度可以达到+5.5°，为了保证机组的安全，最大向正角度调整5°，即将水泵叶片安放角向正角度调整后运行。

根据《回转动力泵水力性能验收试验1 级和2 级》（GB/T 3216-2005）的规定，制造偏差引起的流量容差系数为±8%，流量测量方式方法引起的容差系数为±6%。

依据第二次的测量数据，流量值仍偏小3.5 m3/s 左右，与合同要求设计流量33 m3/s 负偏差约10.6%，但在规定制造容差系数±8%和测定方式方法容差系数±6%的综合容差范围内。

上述综合容差范围确定，是依据GB/T 3216-2005 中“ISO 引言”部分：“本标准系合并和代替前验收标准ISO3555：1977（对应本国际标准的1级）和ISO2548：1975（对应本国际标准的2 级），但在保证的证实上有一个重要的改变，因为测量的不确定度不应该影响泵的合格性，容差仅是考虑制造上的差异而给。”

3.2 远期对策

初步改造方案：根据已有的结构，向正角度调整5°后，已没有正角度调节余量，而负角度范围达到11°，从最小改造量考虑，在大修时，理论上只要对叶片操作机构中与行程有关的零件进行重新设计、制作更换即可。

综上分析，现活塞位置已处在最大正角度，若正角度再增加5°，可通过活塞向负角度移动5°（即初始设计时的标称0°），而保证现叶片角度不变即可。为了保证现叶片角度不变，只需要增加连杆（耳柄）的长度，为了保证改造后叶片调节时，不增加操作油压，则需要综合考虑叶片操作机构中与行程有关的零件的结构。最小改造量的理论计算：原设计行程与角度对应关系约4.2 mm/度。以第二次测量数据为依据，保证正向角度2°的备用角度，则只要正向增加5°即可，对应的行程约为21 mm。依据现场测试的参数，向正角度调节再增加5°，配用功率上也是满足的。

4 结论

（1）南水北调东线泗阳站立式轴流泵模型装置验收试验表明，本站水泵装置在不同工况下的各项特性指标均达到合同要求，真机试运行效率基本满足要求，但流量有一定的偏差，将叶片设计角度调为+5°可以满足设计流量要求，且经过叶片向正角度调整5°后，性能符合规定要求。

（2）为了优化和满足将来可能低扬程、更大流量运行的需要，考虑到调整后无正角度可调的情况，在泵站大修时，建议由水泵厂家提供优化方案进行改造。