摘要:我国首批兴建的大型泵站偏高选用扬程保证率水泵,致使实际运行扬程远低于设计扬程,因而运行效率普遍较低,令人遗憾。正在进行的大型泵站改造工程可能受到“轴流泵马鞍区为不稳定运行区”这一错误认识的干扰,有可能为避免运行扬程进入马鞍区,更高地选用大泵设计扬程。如果不幸被言中,这将成为我国大型泵站业界的一场灾难,成为从业同行们的耻辱。由于长期以来,普遍存在拦污栅严重堵塞,实际进口水位极低,大泵处于吸上运行状态,而产生强烈的气蚀声响和振动的恶果,令大型泵站支持选用更高扬程的水泵,这是值得我们警惕的。
关键词 大轴流泵 设计扬程 运行效率 马鞍区
前言 由于实践经验的匮乏,以及技术理论的缺失,我国早期兴建的大型泵站,与新中国解放初期发展起来的中小型排灌机组一样,存在水泵设计扬程选择偏高的缺陷,实际运行扬程过低偏离了设计扬程,因而站运行效率偏低,已是不争的事实。中小型排灌装置的运行效率,在经历水利部农水司于上世纪八十年代开展的“机电排灌节能技术改造”后,水泵扬程大幅下降,运行效率大幅度提高。人们翘首以待,希望通过大型泵站的更新改造能降低大泵设计扬程,提高经常运行效率。实例说明是完全可行的。
江都一、二站是我国首批兴建的大型泵站,原用水泵为64ZLB-50型轴流泵,设计扬程8米。实测站高效运行净扬程为7-9米,站运行效率在70%以上,净扬程在8.6米时,站最高运行效率达74%,当运行净扬程低于5米,装置效率达不到大型泵站不低于65%的要求。但该站的实际平均运净行扬程仅为4.7米,说明由于水泵扬程选用偏高,经常运行在站高效区扬程范围以下,运行效率明显偏低。(详见文献1)
上世纪90年代,通过扩容更新改造后,将水泵设计扬程降低3米,(改为6米设计扬程)单机流量增容30%。(注意:流量增大,流道水力效率将大幅下降,站运行效率应跟着大幅下降。)但改造后实测净扬程在4米以上时,站运行效率大幅提高,达65%以上。达到大型泵站运行要求。(详见文献2)
如果该站更新改造中不兼顾国家南水北调东线一级泵站和长远扬程不提高的话,同时扩容30%,将大泵设计扬程进一步降低后,该泵站经常运行效率达70%左右,应是轻而易举的事。
然而,种种迹象表明,由于某些错误认识影响,目前正在开展的大型泵站改造工程中,存在更高地选用大泵设计扬程的隐患。早在上世纪90年代初,由于江都一站更新改造需要,笔者接触过一些知名的相关教授和模型试验专家,他们常常为存在这一隐患而摇头叹息。
为促进泵站更新改造工程更科学、更健康地开展,本文拟放胆讨论: 因缺少经验,导致早期兴建大型泵站选用水泵设计扬程偏 高的遗憾; 错误认识是将诱导过高选用大泵扬程的隐患。 拦污栅严重堵塞的恶果,使大型泵站较普遍支持更高选用大泵扬程。 缺少经验,导致早期兴建的大型泵站偏高选用水泵设计扬程的 遗憾 特别是中国人,做事讲究稳妥可靠,追求安全第一。由于大型泵站进、出口水位变幅较大,水泵运行扬程变幅也较大。在没有实际经验的情况下,首批兴建的大型泵站,普遍按较高扬程保证率,甚至按最大扬程选择水泵,致使水泵经常运行扬程偏低地离开高效区域,站运行效率偏低。是符合常情的遗憾。随着模型及原型泵运行观察研究的深入,人们清楚了水泵在设计扬程上下,存在大体对称的高效区,以64ZBL-50轴流泵为例,设计扬程为8米,最高效率87%,分析其全性能曲线,如果将运行效率达80%以上称为高效区范围的话,那么高效区扬程在5-10米之间,不管运行扬程向下还是向上偏离设计扬程,水泵运行效率同样会下降,所以以平均运行扬程选用水泵设计扬程才是正确的,高效的。
对于轴流泵,在一定浸没深度下,汽蚀程度由汽蚀余量(注:进入叶轮入口附近的水流,在被叶片增压以前产生的压力下降水柱高度,以米计,称汽蚀余量)大小决定。在不同的扬程,不同的叶片角度下,水泵汽蚀余量不同,在设计工况,即设计扬程,设计叶片角度下,汽蚀余量最小,汽蚀性能最好,汽蚀声响和振动最小,运行效率最高,运行最安全可靠。不管是偏低还是偏高,离开设计扬程或叶片角度加大,都会增大汽蚀余量,偏低越远,角度越大,汽蚀余量越大,汽蚀声响和振动越大,运行效率越低。但偏高越远,受电机功率限制,必须同时减小叶片角度,汽蚀余量增大并不明显。因为提高扬程,减小叶片角度,都使流量减小,流道水力效率提高,泵站运行效率下降很慢。
从这个意义上来说,水泵运行扬程过低偏离设计扬程,不但泵站运行效率大幅下降,汽蚀破坏更加严重,更无安全可靠可言,而过高偏离设计扬程运行,泵站运行效率下降较慢,叶轮中心如果有足够的淹没深度,汽蚀破坏亦将较轻,自然也不怕失去安全平稳运行了。所以大型泵站最高运行效率扬程,要高于设计扬程,当偏高选用水泵设计扬程时,等于摒弃了站高效扬程区范围,运行效率自然偏低了。 错误认识,是诱导更高选用大泵扬程的隐患 由于我国早期兴建的大型虹吸式轴流泵站,虹吸驼峰顶存在设计缺陷,启动过程中,形成了不易排除的弹性残余空气囊,引起负压强烈振动,导致水泵工作扬程在高过鞍顶与低于鞍底之间大幅度跳跃变化,流量也大幅跳跃变化,而在叶片上产生强烈水力振动现象。这种启动振动现象,被错误地论定为水泵启动扬程较高,进入马鞍区,而轴流泵的马鞍区为不稳定的运行区。如图1:轴流泵在这区间运行时,会出现Q1、Q2、Q3剧烈变化的三个不稳定流量,在水泵叶片上将产生严重的水流翻滚撞击现象,从而引起强烈的水力振动和噪音,这种振动和噪音甚至较关闭(0流量)扬程运行更强烈,因此,轴流泵应避免在此区间内运行。
图 1
在上世纪八十年代,群起而上,纷纷著文或解说或支持,根据这一极其片面观察得到的错误结论。一段时间中,充斥相关专业杂志。如同创新了水泵理论似的,诸如一些教授与高工等知名专业人士都随之附和,误导了几代相关从业人员。
根据这一错误认识,就不难理解,为什么有人将水泵的设计扬程选得高而又高,本意是要保证大泵站最高运行扬程,甚至水泵启动扬程也必须低于鞍底扬程,避免进入马鞍区,所以出现了“猫背式”出水泵站 ,启动扬程并不高,经常运行净扬程仅3-5米,却奇高地选用设计扬程为9.5米的巨型泵(可以说, 9.5米的运行扬程千年不遇),投运以后,该站经常运行净扬程在3-5米,甚至更低,泵站经常运行效率在40%左右。而该站如果在9.5米以上扬程运行,效率可达80%左右。按9.5米设计扬程配用的电机,经常运行负载率不足50%。该站该当进行“节能改造”!