第2章　寬運行范圍軸流泵水力模型開發與應用

2.1　工程應用需求

低揚程泵站運行中，實際揚程與設計揚程相近，水泵運行效率較高，穩定性也較好。但是，有些泵站實際運行水位變幅較大，導致最大運行揚程有時可能是最低運行揚程的幾倍，表2-1所示的江蘇凌城泵站最大揚程是最低揚程的2.64倍。這類泵站很容易導致水泵偏離設計工況運行，從而引起較高的能耗。

當水泵偏離設計工況較大時，泵內流動結構會發生較大變化。從軸流泵設計理論角度來看，在設計工況下流動被認為與過流部件幾何是附著的，此時泵的效率往往較高;非設計工況下葉輪內部形成流動分離，造成能量損失，且流動分離是任何泵在偏離設計工況運行時不可避免的現象，這種流動結構的變化所引起的損失比均勻流動的摩擦損失大很多，因此導致水泵效率的大幅下降，造成大量的能耗。軸流泵在偏離設計點運行時，不僅效率低，而且系統運行也不穩定，容易引起機械振動和噪聲加劇，進而引發各種事故。

軸流泵振動的產生與流動結構密切相關，被稱之為流動誘導的振動，如喘振和渦激振。其中喘振是流體周期性進入和排出泵的激勵所產生的機械結構的振動，這一現象往往發生在小流量工況，此時在葉輪出口會有周期性的回流，并會引起管道、機器及其基礎共振。渦激振是指由于軸流泵在慣性力做功下，由于流體的黏性會在尾流區形成類似卡門渦街的流動現象，進而造成葉片受到周期性的外力或者外力矩，當這一頻率與結構的固有頻率相耦合時，發生共振，并有可能形成破壞的現象。泵站常年在非設計工況運行，不但泵的效率顯著下降，而且零部件的可靠性和使用壽命顯著下降。相關可靠性研究結果表明，水泵只有在設計工況-10%～5%的工作范圍內能夠保證壽命最長和部件故障率最低。

為提高揚程變化較大的軸流泵站運行效率及可靠性，需要研究開發能覆蓋較大揚程范圍的軸流泵水力模型。

表2-1　凌城泵站運行水位組合表單位:m