南水北調(diào)工程水泵模型同臺測試及試驗臺簡介

介紹用于南水北調(diào)工程水泵選型的模型泵試驗臺的計算機測控系統(tǒng)的研制。本系統(tǒng)由相對獨立的計算機控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成,可進行水泵能量試驗和汽蝕試驗。本系統(tǒng)實現(xiàn)了試驗過程的實時控制并提高了試驗臺的測試精度,經(jīng)過大量試驗分析,采用本系統(tǒng)之后,整個試驗臺的測試精度達到了3‰。

介紹了萬年閘站、解臺站、劉山站、臺兒莊站等泵站已進行招標后的水泵模型裝置試驗成果。分析模型泵段和模型泵裝置試驗結(jié)果表明,兩者性能差別很大:最優(yōu)效率點的葉片角度向小角度方向移動了2-4度;泵段效率高的模型水泵裝置效率亦高,水泵模型裝置最高效率和泵段相比約下降8-10百分點;水泵模型裝置最高效率點的流量和泵段相比減小約為15％-20％;水泵模型裝置最高效率點的揚程和泵段相比大致相等,變化范圍在±5％以內(nèi)。這種差別到目前為止還沒有被人們定性的掌握,在這種情況下,按水泵模型裝置的試驗成果進行水泵選型和按泵段性能進行水泵選型相比,準確性可進一步提高。

水利部南水北調(diào)工程軸流泵模型天津同臺測試參數(shù)表 葉片角度φ/流量q/揚程h/效率η/平均效率加權(quán)平均汽蝕比名義比 模型代號-1比轉(zhuǎn)速ns (°)(l·s)m%η/%效率η/%轉(zhuǎn)速/c

由于供水工程的運行時間長,要求所采用的水泵能長期安全、穩(wěn)定運行,同時具有良好的技術(shù)性能指標,故進行水泵的模型驗收試驗是驗證泵性能的有效手段.以東深供水改造工程為例,介紹了水泵模型試驗與驗收、水泵參數(shù)的換算、試驗結(jié)果的分析等問題,可為同類型供水工程的建設及管理提供參考.

在南水北調(diào)長溝泵站軸流泵裝置的選型設計中,采用兩種水泵選型計算方法確定了兩個可選水泵模型,并與兩種出水流道型式組合成4個裝置模型方案進行同臺對比試驗,優(yōu)選出水泵模型和裝置模型方案。結(jié)果表明:對于低揚程軸流泵站,應采用等揚程加大流量的水泵選型方法。

對藺家壩泵站水泵模型裝置試驗的模型水泵、實驗裝置、測試設備和精度、試驗結(jié)果進行了介紹。驗收試驗進行了水泵能量試驗、氣蝕性能試驗、模型泵尺寸等抽測,并對儀器儀表的適用范圍、精度標定證書等進行了檢查。驗收結(jié)果表明:藺家壩泵站模型裝置效率和氣蝕性能等達到并優(yōu)于合同規(guī)定值。此外,為使試驗與國內(nèi)有可比性,同時進一步優(yōu)化流道型線,又按有關要求進行了追加試驗,取得了滿意的結(jié)果。

為了優(yōu)選南水北調(diào)東線洪澤站工程用泵水泵模型,檢驗水泵模型和水力性能參數(shù)是否滿足合同條款要求的保證值,根據(jù)招標文件要求,2011年3月20日,江蘇省南水北調(diào)洪澤站工程建設處在天津主持召開了洪澤站工程水泵泵段模型試驗驗收會。參加此次會議的有南水北調(diào)東線江蘇水源有限責任公司、江蘇省水利勘測設計研究院有限公司、江蘇省水利工程科

南水北調(diào)東線洪澤站工程水泵泵段模型試驗通過驗收——為了優(yōu)選南水北調(diào)東線洪澤站工程用泵水泵模型，檢驗水泵模型和水力性能參數(shù)是否滿足合同條款要求的保證值，根據(jù)招標文件要求，2011年3月20日，江蘇省南水北調(diào)洪澤站工程建設處在天津主持召開了洪澤站工程水...

漳河洪水峰高量大水流湍急,穿漳工程河段灘地寬闊無堤防,為保證工程安全并減少工程對防洪及河勢影響,在河勢分析基礎上,進行了定床模型方案試驗,研究比較了涵洞式渡槽和倒虹吸兩類5個方案,根據(jù)無工程河段水流特點以及工程的影響確定了工程控制點,并通過倒虹吸工程壅水程度與跨度敏感性分析,對工程方案以及工程跨度提出了建議,試驗結(jié)果表明,工程后斷面凈河寬達到470m以上時,對設計洪水以及下游河勢影響有限。

水泵模型裝置拍門試驗發(fā)現(xiàn),水泵揚程損失與拍門的形狀、面積、厚度、出水水流旋轉(zhuǎn)程度等有關,按經(jīng)驗公式計算將出現(xiàn)很大誤差。通過優(yōu)化拍門尺寸,可以減少揚程損失和降低出口邊墻高度,具有明顯經(jīng)濟效益,對南水北調(diào)東線工程泵的優(yōu)化選擇具有現(xiàn)實意義。由于模型裝置完全幾何相似,原型泵站流量估算可以采用模型試驗的拍門孔口出流流量系數(shù)

為研究閉式試驗臺試驗過程中水泵裝置模型各參數(shù)的變化規(guī)律和特征,采用物理模擬試驗的方法,在水泵立式試驗臺上對某泵站模型泵進行性能試驗.通過在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的條件下逐步減小流量,同時采集裝置進出口前后即試驗臺上下游處的平均壓力以及水泵運行時其他工況各參數(shù),分析了試驗過程中水泵裝置模型的進出口前后的壓力及其軸功率變化過程,探討了試驗系統(tǒng)在向穩(wěn)定工況過渡過程中,水泵及系統(tǒng)內(nèi)部各工況的變化情況.試驗結(jié)果表明:在整個過渡過程中,水泵進口前的壓力波動不大,相對穩(wěn)定;出口后的壓力在初始階段呈上升趨勢波動,波動幅度較大,經(jīng)過一段時間后,也趨于相對穩(wěn)定;軸功率的變化與出口后的壓力波動類似,初始階段波動較大,但變化明顯,隨著時間的延續(xù),逐漸趨于穩(wěn)定;過渡過程持續(xù)時間大于90s.

通過對天津同臺測試結(jié)果進行分析總結(jié),可為泵站設計中的水泵選型提供參考.根據(jù)葉輪主要幾何尺寸和揚程流量性能曲線的斜率來劃分軸流泵水力模型的揚程范圍,能簡化水力模型的比較方案.為了兼顧各種特征揚程工況下的運行效率和可靠性,在水力模型初選階段提出了選型名義揚程的概念.針對選型名義揚程,采用等揚程和加大流量的方法,并參照南水北調(diào)東線泵站工程規(guī)劃和初步設計成果進行水力模型的選擇,能確保泵裝置獲得更高的加權(quán)平均效率.分析了模型泵裝置安裝精度、葉輪葉片厚度,以及葉輪葉片葉尖徑向間隙對試驗結(jié)果的影響,在分析試驗數(shù)據(jù)可比性的基礎上提出了方案比較時應注意的問題.隨著水泵cad和cfd技術(shù)的發(fā)展,不同泵站水泵水力模型應更多地考慮進行針對性設計.

選用天津同臺測試的7號模型(tj04-zl-07),對南水北調(diào)中線引江濟漢工程的泵裝置模型進行了優(yōu)化設計。在天津臺,對效率、汽蝕余量、飛逸轉(zhuǎn)速、軸向力及水輪機工況的性能進行了詳細的測試。試驗結(jié)果表明,效率和抗汽蝕性能都比較好,滿足工程的各項指標。

為了給南水北調(diào)東線工程睢寧二站、洪澤站提供可選用的模型,2011年3月在天津南水北調(diào)水力模型通用試驗臺上,進行了泵段模型同臺測試。選用其中的5號模型(tj2011-hl-05)用于睢寧二站,3號模型(tj2011-hl-03)用于洪澤站。現(xiàn)介紹睢寧二站裝置模型的試驗研究結(jié)果,包括5個葉片角度的效率、汽蝕余量、飛逸轉(zhuǎn)速、水輪機工況的性能及壓力脈動的試驗結(jié)果,提供給類似泵站選模型參考。

對南水北調(diào)工程穿黃隧洞襯砌施工期及運行期有可能對襯砌墊層滲透性造成影響的幾個因素如壓力、混凝土澆筑、混凝土析出物、氣泡含量等進行試驗研究。認為水中過高的氣泡含量是造成土工織物淤堵的主要因素。提出了可減少襯砌墊層淤堵的復合土工材料的結(jié)構(gòu)形式。該種新型的復合土工膜已在南水北調(diào)工程穿黃隧洞現(xiàn)場試驗模型中得到成功運用和驗證。

根據(jù)工程成本核算模型的基礎,建立了科學的南水北調(diào)工程成本核算模型,并介紹了該核算模型的特點。

運用多目標規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃的基本理論,以濟平干渠供水區(qū)為例,建立了南水北調(diào)工程山東段實時調(diào)度數(shù)學模型,用遺傳算法對所建立的模型進行求解,獲得供水區(qū)水資源優(yōu)化分配方案、東平湖及濟平干渠按年、月、旬等不同時段的優(yōu)化調(diào)度方案。結(jié)果表明,遺傳算法求解多目標優(yōu)化問題較為有效,研究成果對南水北調(diào)工程山東段水資源的實時調(diào)度及管理具有一定的理論價值和實際意義。

南水北調(diào)工程是緩解我國北方地區(qū)水資源短缺狀況,促進水資源優(yōu)化配置的重要工程。工程通水后,將形成受水區(qū)當?shù)氐乇硭⒌叵滤?、工程水和南水北調(diào)工程外調(diào)水多種水源供水格局。通過建立受水區(qū)多水源水價模型,適當調(diào)整受水區(qū)綜合水價,引導人們調(diào)整用水行為,可以實現(xiàn)南水北調(diào)工程的良性運行和受水區(qū)水資源的優(yōu)化配置,達到人與自然的和諧共處。

建設南水北調(diào)工程是緩解我國北方地區(qū)水資源短缺狀況,促進水資源優(yōu)化配置的重要措施。工程通水后,將形成受水區(qū)當?shù)氐乇硭?、地下水、工程水和南水北調(diào)工程外調(diào)水等多水源供水格局。通過建立受水區(qū)多水源水價模型,適當調(diào)整受水區(qū)綜合水價,引導人們調(diào)整用水行為,可以實現(xiàn)南水北調(diào)工程的良性運行和受水區(qū)水資源的優(yōu)化配置,達到人與自然的和諧共處。

南水北調(diào)工程水指標分配問題的數(shù)學模型

南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫設九級梯級泵站,其中七級低揚程泵站中近半數(shù)為超低揚程泵站,凈揚程小于2m,為保證超低揚程條件下泵裝置具有較好的水力性能,針對泵站的進、出水流道進行水力優(yōu)化設計及泵裝置模型試驗研究,并通過天津同臺測試模型進行驗證.經(jīng)過水力優(yōu)化設計的泵裝置在揚程低于2m的條件下水力性能優(yōu)異,滿足合同規(guī)定要求,對于年運行時數(shù)長的供水泵站可降低能耗,且運行安全可靠.

本次研究以工程規(guī)劃與水資源規(guī) 劃為前提。由于主體工程的投資額、投 資結(jié)構(gòu)，特別是配套工程的投資額、投 資結(jié)構(gòu)只是預測數(shù)據(jù)，主體工程和配 套工程運行費用是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)推算 出的估算值，對工程通水后受水區(qū)的 供需水結(jié)構(gòu)是以!"""年為基準年，根 據(jù)各地發(fā)展規(guī)劃進行預測，與將來的 實際情況會有一定出入。本報告測算 的水價只是規(guī)劃階段對南水北調(diào)工程 供水水價的預測。隨著前期工作的不 斷深入，水價研究需要進一步完善。主 要環(huán)節(jié)的最終水價要根據(jù)南水北調(diào)工 程運行時的實際供水量和實際發(fā)生的 成本費用，并考慮當時社會經(jīng)濟發(fā)展 情況和用水戶的承受能力，按照價格 管理權(quán)限，分別由中央和地方價格管 理部門商水行政主管部門和相關部門 制訂，經(jīng)過法定的程序后實施。 一、水價形成機制與分析方法 （一）研究思路 根據(jù)南水北調(diào)工程的實際和規(guī)劃 階段的研究需要，研究的總體思路：一 是研究符合社會主義市場經(jīng)濟體制要 求的水價