斜式轴流泵由于其良好的水力性能、较小的开挖深度、厂房高度低、机组受力均匀等优点,越来越受到不同用户的高度关注,尤其是低扬程(<3m)大流量(<15m3/s)工况下,在传统立式、卧式机组不适使用,贯流机组又不十分完善的情况下,斜式机组是一种比较好的选择。太浦河泵站设计扬程1.39m,水泵设计扬程时单泵流量50m3/s,泵站总流量300m3/s,选用六台叶轮直径4.1m大型斜15°安装轴流泵,单机配套功率1600kw,总装机9600kw。
1、斜式轴流泵机组总体布置
整个水泵机组系统有进出水流道部分,水泵部分,齿轮箱部分,电机部分和辅助设备等组成。水泵为15°斜式安装,叶片为半调节;采用中速电机,电机转速为1000r/min,通过两级齿轮箱减速传动,水泵转速为73r/min,进水流道为肘形进水,出水流道为变径扩散管,采用快速闸门断流。
2、轴流泵流道部分流体数值计算
进水流道为肘形管,出水流道为变径扩散管,均起水流的引导作用,在出水流道外安装快速闸门断流。流道大部分采用钢筋混凝土结构。进水流道的底板至叶轮中心高度为4.25m,叶轮的淹没深度在叶轮中心以上3.5m。传统的流道装置试验是根据原型机组的控制尺寸来设计模型泵的装置流道,通过试验后,对流道或水力元件进行修整,直到满足设计要求。通常这一过程投入的时间、人力、精力、物力都是相当大的。本项目的进出水流道特请武汉水利电力大学进行了流道流体数值计算,通过流体数值计算,计算出流道的水力损失为0.5m,由水利部天津水利水电设计研究院科研所进行模型装置试验,试验结果表明,流体数值计算的损失与试验结果基本相符。这一成果可以为今后的大型泵站提供理论依据。
3、大型斜式轴流泵设计
水泵设计严格按照标书规定要求及******有关标准执行;原型水泵的性能参数根据模型装置试验确定,原型泵水力元件设计严格以模型装置按相似定律进行设计。
1)水泵结构
水泵部分由转轮部件、泵轴部件、导轴承部件、泵体部件、泵轴密封部件、推力径向组合轴承部件组成,电机通过两级平行齿轮传动与水泵连接,机组的整体外观特请有关院校工业设计专业进行美化设计。
2)转轮部件
转轮是水泵机组的心脏,由转子体、叶片、压板等组成。叶片为ZG0Cr13Ni4Mo不锈钢单片整体铸造,叶片叶型设计根据模型叶片严格按几何相似换算,铸件经热处理消除应力后,叶片表面进行打磨清除夹沙及表面硬皮,在三轴座标仪上进行打点划线,找出转动中心及0o基准线。
叶片是保证水泵各项性能指标的关键,由于叶片是一空间曲面,传统的水泵叶片都是不进行机加工的,一方面是受到加工设备的限制,另一方面受传统理念影响,因此,原型泵组的各项性能指标能否达到期望的要求是难以保证的。本项目的叶片在大型泵上开创了机加工先例,而且采用的是当今***xj****的五轴数控加工法。通过对模型泵叶片数控加工与打点加工对比试验,数控加工的叶片效率指标可提高1.5%,在设计净扬程为1.39m时的装置效率达69%。叶片加工精度的大幅度提高,使叶片型线偏差、型面波浪度、叶片表面粗糙度及各叶片重量差等重要质量指标得到了提高,从而为泵站有效、稳定可靠运行提供良好保证。
叶轮外壳采用ZG270-500母体,内衬不锈钢,提高其抗汽蚀性能,在叶轮外壳顶部及底部均设有观察孔,便于观察叶片运转情况及安装、检修时测量叶片间隙及导轴承磨损情况,叶片与外壳之间的单面间隙为4mm左右;导叶体采用结构件,导叶体的法兰以及筒体采用Q235-A优质钢板焊接而成,可保证良好的外观质量和表面粗糙度,对导叶模具翼型进行检测,翼型符合图纸要求后,导叶片采取单片铸造,材质为ZG270-500铸钢,导叶片表面进行打磨加工,表面粗糙度不大于12.5μm,,再对导叶定位后进行焊接,从而确保零件和图纸一致,也保证了导叶体的水力性能。其他零件均采用Q235-A结构件;在变径弯管顶部设有进人孔,供安装和检修时备用;在前锥管、叶轮外壳、导叶体、变径弯管、延伸管上均设有支撑地脚,配置调整垫铁,便于安装时调整高程及水平;前锥管是进水流道与水泵的连接件,为了方便泵站安装,前锥管由一期混凝土埋设改为二期混凝土埋设,为了有效防止浇筑二期混凝土后的渗水现象,前锥管长度由700mm加长到1000mm,法兰外径由Φ4800mm加大到Φ4900mm;前锥管、变径弯管(下)、延伸管在水泵全部安装结束后,须浇注二期混凝土埋入基础中。