第2章　宽运行范围轴流泵水力模型开发与应用

2.1　工程应用需求

低扬程泵站运行中，实际扬程与设计扬程相近，水泵运行效率较高，稳定性也较好。但是，有些泵站实际运行水位变幅较大，导致最大运行扬程有时可能是最低运行扬程的几倍，表2-1所示的江苏凌城泵站最大扬程是最低扬程的2.64倍。这类泵站很容易导致水泵偏离设计工况运行，从而引起较高的能耗。

当水泵偏离设计工况较大时，泵内流动结构会发生较大变化。从轴流泵设计理论角度来看，在设计工况下流动被认为与过流部件几何是附着的，此时泵的效率往往较高;非设计工况下叶轮内部形成流动分离，造成能量损失，且流动分离是任何泵在偏离设计工况运行时不可避免的现象，这种流动结构的变化所引起的损失比均匀流动的摩擦损失大很多，因此导致水泵效率的大幅下降，造成大量的能耗。轴流泵在偏离设计点运行时，不仅效率低，而且系统运行也不稳定，容易引起机械振动和噪声加剧，进而引发各种事故。

轴流泵振动的产生与流动结构密切相关，被称之为流动诱导的振动，如喘振和涡激振。其中喘振是流体周期性进入和排出泵的激励所产生的机械结构的振动，这一现象往往发生在小流量工况，此时在叶轮出口会有周期性的回流，并会引起管道、机器及其基础共振。涡激振是指由于轴流泵在惯性力做功下，由于流体的黏性会在尾流区形成类似卡门涡街的流动现象，进而造成叶片受到周期性的外力或者外力矩，当这一频率与结构的固有频率相耦合时，发生共振，并有可能形成破坏的现象。泵站常年在非设计工况运行，不但泵的效率显著下降，而且零部件的可靠性和使用寿命显著下降。相关可靠性研究结果表明，水泵只有在设计工况-10%～5%的工作范围内能够保证寿命最长和部件故障率最低。

为提高扬程变化较大的轴流泵站运行效率及可靠性，需要研究开发能覆盖较大扬程范围的轴流泵水力模型。

表2-1　凌城泵站运行水位组合表单位:m