斜式軸流泵由于其良好的水力性能、較小的開挖深度、廠房高度低、機組受力均勻等優點,越來越受到不同用戶的高度關注,尤其是低揚程(<3m)大流量(<15m3/s)工況下,在傳統立式、臥式機組不適使用,貫流機組又不十分完善的情況下,斜式機組是一種比較好的選擇。太浦河泵站設計揚程1.39m,水泵設計揚程時單泵流量50m3/s,泵站總流量300m3/s,選用六臺葉輪直徑4.1m大型斜15°安裝軸流泵,單機配套功率1600kw,總裝機9600kw。
1、斜式軸流泵機組總體布置
整個水泵機組系統有進出水流道部分,水泵部分,齒輪箱部分,電機部分和輔助設備等組成。水泵為15°斜式安裝,葉片為半調節;采用中速電機,電機轉速為1000r/min,通過兩級齒輪箱減速傳動,水泵轉速為73r/min,進水流道為肘形進水,出水流道為變徑擴散管,采用快速閘門斷流。
2、軸流泵流道部分流體數值計算
進水流道為肘形管,出水流道為變徑擴散管,均起水流的引導作用,在出水流道外安裝快速閘門斷流。流道大部分采用鋼筋混凝土結構。進水流道的底板至葉輪中心高度為4.25m,葉輪的淹沒深度在葉輪中心以上3.5m。傳統的流道裝置試驗是根據原型機組的控制尺寸來設計模型泵的裝置流道,通過試驗后,對流道或水力元件進行修整,直到滿足設計要求。通常這一過程投入的時間、人力、精力、物力都是相當大的。本項目的進出水流道特請武漢水利電力大學進行了流道流體數值計算,通過流體數值計算,計算出流道的水力損失為0.5m,由水利部天津水利水電設計研究院科研所進行模型裝置試驗,試驗結果表明,流體數值計算的損失與試驗結果基本相符。這一成果可以為今后的大型泵站提供理論依據。
3、大型斜式軸流泵設計
水泵設計嚴格按照標書規定要求及******有關標準執行;原型水泵的性能參數根據模型裝置試驗確定,原型泵水力元件設計嚴格以模型裝置按相似定律進行設計。
1)水泵結構
水泵部分由轉輪部件、泵軸部件、導軸承部件、泵體部件、泵軸密封部件、推力徑向組合軸承部件組成,電機通過兩級平行齒輪傳動與水泵連接,機組的整體外觀特請有關院校工業設計專業進行美化設計。
2)轉輪部件
轉輪是水泵機組的心臟,由轉子體、葉片、壓板等組成。葉片為ZG0Cr13Ni4Mo不銹鋼單片整體鑄造,葉片葉型設計根據模型葉片嚴格按幾何相似換算,鑄件經熱處理消除應力后,葉片表面進行打磨清除夾沙及表面硬皮,在三軸座標儀上進行打點劃線,找出轉動中心及0o基準線。
葉片是保證水泵各項性能指標的關鍵,由于葉片是一空間曲面,傳統的水泵葉片都是不進行機加工的,一方面是受到加工設備的限制,另一方面受傳統理念影響,因此,原型泵組的各項性能指標能否達到期望的要求是難以保證的。本項目的葉片在大型泵上開創了機加工先例,而且采用的是當今***xj****的五軸數控加工法。通過對模型泵葉片數控加工與打點加工對比試驗,數控加工的葉片效率指標可提高1.5%,在設計凈揚程為1.39m時的裝置效率達69%。葉片加工精度的大幅度提高,使葉片型線偏差、型面波浪度、葉片表面粗糙度及各葉片重量差等重要質量指標得到了提高,從而為泵站有效、穩定可靠運行提供良好保證。
葉輪外殼采用ZG270-500母體,內襯不銹鋼,提高其抗汽蝕性能,在葉輪外殼頂部及底部均設有觀察孔,便于觀察葉片運轉情況及安裝、檢修時測量葉片間隙及導軸承磨損情況,葉片與外殼之間的單面間隙為4mm左右;導葉體采用結構件,導葉體的法蘭以及筒體采用Q235-A優質鋼板焊接而成,可保證良好的外觀質量和表面粗糙度,對導葉模具翼型進行檢測,翼型符合圖紙要求后,導葉片采取單片鑄造,材質為ZG270-500鑄鋼,導葉片表面進行打磨加工,表面粗糙度不大于12.5μm,,再對導葉定位后進行焊接,從而確保零件和圖紙一致,也保證了導葉體的水力性能。其他零件均采用Q235-A結構件;在變徑彎管頂部設有進人孔,供安裝和檢修時備用;在前錐管、葉輪外殼、導葉體、變徑彎管、延伸管上均設有支撐地腳,配置調整墊鐵,便于安裝時調整高程及水平;前錐管是進水流道與水泵的連接件,為了方便泵站安裝,前錐管由一期混凝土埋設改為二期混凝土埋設,為了有效防止澆筑二期混凝土后的滲水現象,前錐管長度由700mm加長到1000mm,法蘭外徑由Φ4800mm加大到Φ4900mm;前錐管、變徑彎管(下)、延伸管在水泵全部安裝結束后,須澆注二期混凝土埋入基礎中。
