南水北調(diào)東線工程水泵機組選型問題探討

南水北調(diào)東線工程水泵機組選型問題探討

0工程概況和泵選型問題線路的設計是一項需要多個鏈接的大型引水工程的工程，因此站已成為該項目的中心部門。其中的水泵機組選型問題更是業(yè)內(nèi)人士關注的焦點。根據(jù)總體規(guī)劃,南水北調(diào)東線工程共設13個梯級,總揚程65m,共需新建泵站51座,安裝水泵機組278臺,總裝機流量7197.3m3/s,總裝機功率52.9萬kW。整個工程分三期實施,其中第一期工程除利用江蘇省江水北調(diào)工程現(xiàn)有的6個梯級14座泵站(包括5座加固改造泵站)外,另需新建泵站21座,安裝水泵機組96臺,新增裝機功率22.766萬kW。目前,雖然南水北調(diào)東線工程已開工建設,但絕大多數(shù)泵站的水泵機組型式尚未最終確定。再者,即使已經(jīng)確定了初設方案,由于該工程建設周期長,隨著科學技術的進步,可能也需要對既定方案做出調(diào)整。另外,該工程的前期準備工作已持續(xù)了幾十年,關于水泵選型方面的文獻也不少,但大多僅涉及到某單一性能參數(shù)、結構或泵型,對該工程水泵機組選型問題進行全方位研究探討的文獻尚未見到。鑒于上述分析,本文擬就該工程水泵選型涉及到的主要熱點問題進行探討,希冀對該工程的決策和設計部門有所裨益,并藉此與業(yè)內(nèi)專家學者交流。一般認為,大型水泵機組包括水泵、動力機(電動機)、傳動裝置和調(diào)節(jié)機構等,選型問題的探討將圍繞這些組成部分進行。1按水泵流量為導向的揚程設計與我國已經(jīng)建成的提水灌溉泵站、排澇泵站和灌排兩用泵站相比,南水北調(diào)東線工程水泵機組主要有以下運行特點。1)低揚程大流量。根據(jù)該工程總體規(guī)劃,各個泵站的流量大多為150m3/s,單臺機組流量為30m3/s左右,每座泵站的裝機數(shù)量為4~5臺,設計揚程在2.3~9.0m之間,大多數(shù)泵站設計揚程為5.0m左右。2)揚程和流量變化幅度不大。筆者目前尚未得到這方面的詳細資料,做此推測基于如下理由:(1)該工程從江蘇省揚州市附近的長江下游干流取水,此處的長江水位應變化不大。(2)該工程泵站為多梯級串聯(lián)式提水,各泵站之間統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)調(diào)度,完全能實現(xiàn)對各泵站的水位變化幅度進行有效控制。(3)已開工建設的寶應泵站驗證了這一推測。該泵站共安裝4臺立式混流泵,單臺機組流量33.4m3/s,設計揚程7.6m,最低揚程6.4m,最高揚程8.0m,揚程變化幅度很小。3)運行時間長,可靠性要求高。該工程泵站設計年運行時間大多為5000h,少數(shù)泵站為6000~8000h。目前有這樣一種傾向,一是對該工程泵站的功能和特點認識不足;二是過分夸大該工程對水泵機組的技術要求。因此,在進行選型工作時,首先應全面了解所研究的對象。2泵類型的選擇2.1按葉輪種類劃分水泵的種類很多,但適用于南水北調(diào)東線工程的泵型并不是很復雜。即按主軸方向可分為臥(軸)式、立(軸)式和斜(軸)式;按葉輪種類可分為混流式(泵)和軸流式(泵),混流泵也稱斜流泵。注意不應將按主軸方向劃分的斜軸泵與按葉輪種類劃分的斜流泵混淆。將上述兩種分類方式組合,就構成了臥式軸流泵、臥式混流泵、立式軸流泵、立式混流泵、斜式軸流泵、斜式混流泵等。至于貫流泵,可以認為是一種特殊結構(流道形式)的臥式泵,由于適用的揚程較低,所以葉輪多為軸流式。2.2不同水泵的優(yōu)缺點分析在選擇水泵以前,必須對適用范圍內(nèi)的各種水泵有一個比較全面的了解。以下簡要分析這些水泵的優(yōu)缺點。2.2.1方面的作用1)臥式泵的主要優(yōu)點:(1)水泵的主要部件經(jīng)常處于水面以上,比立式泵受腐蝕的影響小;(2)檢查、維修和保養(yǎng)方便,拆卸時不必像立式泵那樣搬移電動機;(3)單位面積上的荷重小,對軟地基有利;(4)起重機的起吊荷重小,提升高度小,泵房結構簡單。2)臥式泵的主要缺點:(1)占地面積較大;(2)啟動時必須灌引水(排氣)操作;(3)受吸入性能(汽蝕)限制,水泵安裝層不能太高并需采取措施保證進水池處于高水位時動力機房內(nèi)不進水。2.2.2水快、占地面積1)立式泵的主要優(yōu)點:(1)葉輪淹沒在水里,有利于保證不發(fā)生汽蝕;(2)啟動時不必灌引水(排氣),上水快,有利于實現(xiàn)自動運行;(3)占地面積小。2)立式泵的主要缺點:(1)主要部件浸沒在水里,表面有水垢附著,容易被腐蝕;(2)拆卸時需移動電動機;(3)拆卸時起吊高度大,泵房高度也隨之增高;(4)載荷集中,單位面積地基上的荷重大,對軟地基不利;(5)泵房結構比較復雜;(6)水泵本身的價格比臥式泵高。2.2.3式泵的優(yōu)缺點斜式泵是近幾年發(fā)展起來的一種安裝方式,使用量有逐漸增長的趨勢。國內(nèi)外關于斜式泵研究的文獻較少,一般認為它主要有以下優(yōu)缺點。1)優(yōu)點:(1)進出水流道彎度小,水力損失小,因而裝置效率通常高于立式泵和臥式泵;(2)水工建筑物投資比立式泵低。2)缺點:泵軸斜置后,受力復雜,對導軸承要求較高,且安裝不便。2.2.4個高壓泵全泵貫流泵實際上是一種適用于低揚程泵站的具有特殊結構和進出水流道形式的臥式軸流泵。貫流泵的結構型式較多,在我國的應用也已有20多年的歷史(主要是中、小型泵),但對其研究,尤其是裝置性能方面的研究卻相對較少。該泵型主要有以下優(yōu)缺點。1)優(yōu)點:(1)進出水流道為一近似直線,水力損失小,裝置效率高,尤其適用于設計揚程低、運行時間長、重視運行成本的場合;(2)水工建筑物簡單,泵站投資低;(3)載荷分散,單位面積地基上的荷重小,適用于地基不良的場合。2)缺點:(1)對密封要求較高;(2)為了減少燈泡比,需采用行星齒輪減速器,泵結構比較復雜。另外,有學者認為貫流泵的機組效率并不像人們期望的那樣高。2.3泵選型標準不統(tǒng)一對于南水北調(diào)東線工程這樣的多梯級大型泵站群,水泵選型涉及到技術、經(jīng)濟、地質(zhì)、氣象、環(huán)境、人文等方方面面的影響因素,是一個系統(tǒng)工程,很難制定出一個統(tǒng)一的標準。但是,水泵選型應遵循若干基本原則。2.3.1按按已設計的加權平均揚程,按水泵結構直接節(jié)流,按按這1/s,分國家標準GB/T50265—1997《泵站設計規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)由建設部批準實施。其中與水泵選型相關的主要規(guī)定如下:1)在平均揚程時,水泵應在高效區(qū)運行;在最高與最低揚程時,水泵應能安全、穩(wěn)定運行。分析:對于最高與最低揚程,含義應該是很清楚的,此不贅述。需要提醒一點,在最高揚程時,進水池往往處于最低水位,選泵時一定要對該運行工況進行“汽蝕校核”,才可能保證水泵“安全、穩(wěn)定運行”。對于平均揚程,《規(guī)范》中也有具體規(guī)定,即按下式計算加權平均凈揚程,并計入水力損失確定;或按泵站進、出水池平均水位差,并計入水力損失確定。式中H為加權平均凈揚程,m;Hi為第i時段泵站進、出水池運行水位差,m;Qi為第i時段泵站提水流量,m3/s;ti為第i時段歷時,d。分析:由于南水北調(diào)東線工程泵站的運行時間長,所以筆者認為應按上式計算的加權平均凈揚程,并計入水力損失確定平均揚程。2)應優(yōu)先選用國家推薦的系列產(chǎn)品和經(jīng)過鑒定的產(chǎn)品。當現(xiàn)有產(chǎn)品不能滿足泵站設計要求時,可設計新水泵。新設計的水泵必須進行(泵段)模型試驗或裝置模型試驗,經(jīng)鑒定合格后方可采用。采用國外先進產(chǎn)品時,應有充分論證。分析:必須把好泵段模型試驗和裝置模型試驗這一關。我國已加入WTO,進口產(chǎn)品也不能例外,應與國內(nèi)產(chǎn)品享受“同等待遇”,不能認為外國人說好就是好,花高價錢進口低質(zhì)量產(chǎn)品的項目也并非少見。3)具有多種泵型可供選擇時,應綜合分析水力性能、機組造價、工程投資和運行檢修等因素擇優(yōu)確定。4)對于葉輪名義直徑大于或等于1600mm的軸流泵和混流泵,應有裝置模型試驗資料;當對過流部件型線做較大更改時,應重新進行裝置模型試驗。5)軸流泵站和混流泵站的裝置效率不宜低于70%;凈揚程低于3m的泵站,其裝置效率不宜低于60%。分析:該規(guī)定是泵站的主要經(jīng)濟指標,對南水北調(diào)東線工程這樣運行時間長的泵站尤其重要。一個不符合相關標準的產(chǎn)品是不合格品或廢品;同樣,一座不符合規(guī)范的泵站就是不合格工程或劣質(zhì)工程。從目前情況看,人們對水泵(泵段)效率已經(jīng)引起了足夠重視,但對裝置效率和機組效率尚未引起高度重視。2.3.2無流量水泵系統(tǒng)這實際上涉及到各種泵型的適用范圍。在這方面,沒有嚴格的界限。對南水北調(diào)東線工程這樣的低揚程大流量泵站,大致是:臥式軸流泵,設計揚程3m以下;立式軸流泵,5m以下;臥式混流泵,3~7m;立式混流泵,4m以上;斜式泵介于立式和臥式之間;貫流泵應視為臥式泵。2.3.3根據(jù)經(jīng)濟角度確定泵型從上述分析可以看出,僅根據(jù)泵站設計揚程,常常無法確定出唯一適用的泵型。例如,南水北調(diào)東線工程相當一部分泵站的設計揚程為5m左右,則立式軸流泵、臥式混流泵、立式混流泵以及斜式軸流泵和混流泵都在適用范圍以內(nèi),這時候就需要從經(jīng)濟上對它們進行綜合對比分析,才能篩選出最適宜的泵型。從經(jīng)濟角度考慮,各種水泵型式的大致排序為:臥式軸流泵→臥式混流泵→立式軸流泵→立式混流泵。經(jīng)濟分析的內(nèi)容不僅應包括一次性投資的設備費和土建工程費,也應包括運行動力費和維護管理費。2.3.4水泵出現(xiàn)汽蝕時的免發(fā)生汽蝕我們知道,水泵一旦發(fā)生汽蝕,會產(chǎn)生一系列危害現(xiàn)象,因此,在進行水泵選型和泵站設計時,必須避免水泵發(fā)生汽蝕。對于南水北調(diào)東線工程這樣運行時間長的泵站,更需對水泵汽蝕引起高度重視。不但確保水泵在設計工況下運行時不發(fā)生汽蝕,也須確保在進水池水位最低(對于倒灌裝置,此時灌注水頭最低;對于吸上裝置,此時幾何吸上高度最大)時不發(fā)生汽蝕。1)水泵發(fā)生汽蝕時的危害現(xiàn)象:(1)產(chǎn)生振動和噪音;(2)對過流部件的某些部位產(chǎn)生腐蝕和破壞;(3)性能曲線下降,嚴重時甚至出現(xiàn)斷流,不能工作。2)避免發(fā)生汽蝕的方法。一臺水泵在運行中發(fā)生了汽蝕,但在完全相同的條件下,換上另一臺水泵就可能不發(fā)生汽蝕,這說明水泵是否發(fā)生汽蝕與其本身的抗汽蝕性能有關。反之,同一臺水泵在某一吸入裝置條件(例如幾何吸上高度3m)下運行時發(fā)生了汽蝕,但在改變裝置條件(例如幾何吸上高度2m)下則不發(fā)生汽蝕,這說明水泵是否發(fā)生汽蝕還與裝置條件有關。由此可見,水泵發(fā)生汽蝕的條件是由泵本身和吸入裝置兩方面決定的。知道了水泵發(fā)生汽蝕的條件,也就找到了避免發(fā)生汽蝕的途徑。首先,在水泵選型中應盡可能選用抗汽蝕性能好的水泵。但水泵的抗汽蝕性能不可能無限度地提高。另一方面,過度提高水泵的抗汽蝕性能,常常以降低水泵的效率為代價。實際上,對大型泵站而言,在水泵抗汽蝕性能難以大幅度提高的情況下,泵站設計者只能通過改變安裝形式和吸入方式來避免水泵發(fā)生汽蝕。例如一座設計揚程為5m的泵站。僅就揚程而言,可選用臥式泵,也可選用立式泵。但由于臥式泵的安裝高度較高,可能無法避免水泵發(fā)生汽蝕,就只能選用立式泵。在這種情況下,即使立式泵站的裝置效率比臥式泵站低,可能仍然是合算的。因為水泵一旦發(fā)生較嚴重的汽蝕,其效率的下降幅度常常很大。3)水泵發(fā)生汽蝕時的對策。一旦水泵發(fā)生汽蝕,可采取如下對策:(1)增大吸水管直徑;(2)降低水泵安裝高度;(3)將水泵限制到小流量工況運行;(4)將葉輪的材質(zhì)更換為抗汽蝕性能更好的材料。對于南水北調(diào)東線工程這樣的大型泵站,一旦建成,要實現(xiàn)上述(1)和(2)幾乎是不可能的。(3)和(4)實際上是以犧牲泵站的容量為代價。列出此條,目的并不在于介紹水泵發(fā)生汽蝕時的補救方法,而是想進一步說明在水泵選型和泵站設計中,避免水泵發(fā)生汽蝕的重要性。3電機的特性對比電動機的種類很多,適用于南水北調(diào)東線工程水泵機組配套用的電動機主要是三種交流電動機,即鼠籠式異步電動機、繞線式異步電動機和同步電動機。同步電動機和異步電動機的特性對比見表1。從表1可以看出,三種電動機各有其優(yōu)缺點。最終選擇哪一種電動機,取決于優(yōu)先考慮哪方面的因素。如果主要考慮水泵的起動問題,并減少一次性設備投資,應選擇異步電動機;如果進一步考慮減少起動電流,避免對電網(wǎng)造成沖擊并減小泵站配電設備容量,則應選擇繞線式異步電動機。如果主要考慮泵站運行費用,則應選擇同步電動機。需要強調(diào)是,同水泵一樣,不管最終選擇哪一種電動機,都需要進行綜合經(jīng)濟分析。4直聯(lián)傳動類型就大型水泵而言,電動機與水泵之間的動力傳遞方式有聯(lián)軸器(直聯(lián))和齒輪減速器兩種。對于高揚程水泵,由于轉(zhuǎn)速比較高,絕大多數(shù)采用直聯(lián)傳動。對于低揚程水泵,由于轉(zhuǎn)速大多很低,采用直聯(lián)傳動時電動機體積龐大、造價高,故而需要考慮采用齒輪減速器傳動方案。4.1齒輪實際實際應用適用于南水北調(diào)東線工程泵站的齒輪減速器主要是圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和行星齒輪減速器。1)圓柱齒輪減速器的傳動軸線平行,單級推薦傳動比i≤8~10。其主要特點是結構簡單,制造精度容易保證。適用于臥式泵以及電動機與水泵軸線平行的立式泵。2)圓錐齒輪減速器的兩條軸線垂直或成一定角度相交,單級推薦傳動比i=8~10。該類減速器適用于水泵和電動機軸線垂直相交(例如立式泵配臥式電動機),或水泵與電動機軸線成一定角度相交(例如斜式泵配臥式電動機)的場合。其主要缺點是制造和安裝比較復雜,成本高。3)行星齒輪減速器的動力輸入和輸出軸在一條軸線上,單級推薦傳動比i=2~12。其主要優(yōu)點是傳動效率高(單級可達96%~99%),承載能力大,工作平穩(wěn),體積和重量比普通齒輪減速器小得多;缺點是結構較復雜,制造精度要求較高。該類減速器適用于所有泵型,尤其適用于貫流泵,可減小燈泡比。換句話說,如果不采用行星齒輪減速器,或者該類減速器的質(zhì)量不能保證,南水北調(diào)東線工程中的泵站就不可能選用貫流泵(采用直聯(lián)或其他類型齒輪減速器時,燈泡比太大)。4.2齒輪傳動的原因1)優(yōu)點:(1)重量輕,造價低。南水北調(diào)東線工程用泵的轉(zhuǎn)速一般不大于200r/min。在這種情況下,假定電動機的轉(zhuǎn)速為1000r/min,則低速大功率電動機的重量和造價,比相同功率高速電動機與齒輪減速器之和的重量和造價高。由于大功率電動機的重量減輕,制造、運輸和安裝也都比較方便。(2)泵機組分成了電動機、齒輪減速器和水泵三大部分,使泵站的起吊裝置荷重變小,不但能降低泵站造價,拆卸維修也比較方便。2)缺點:(1)與直聯(lián)用的聯(lián)軸器相比,齒輪減速器結構復雜,可以認為多了一個故障點。(2)與聯(lián)軸器相比,齒輪減速器的傳動效率稍低。通過上述分析可以看出,任何事物都具有多面性,減速傳動也一樣。南水北調(diào)東線工程水泵機組是否采用齒輪減速器傳動,應進行綜合技術經(jīng)濟分析。有人提出采用齒輪減速器傳動后,機組效率不應降低。這種提法有一定的片面性。4.3方案對比建議國內(nèi)文獻中關于這方面的報道不少,但究竟水泵轉(zhuǎn)速低到多少時才應該采用,或者說應該考慮采用齒輪減速器傳動方案,目前還沒有一種統(tǒng)一的說法。日本的低揚程泵站比較多,整體技術也可以代表國際先進水平,舉兩個該國的例子供參考。1)日本《泵站工程技術手冊》中建議:“對于低揚程泵站,當電動機極對數(shù)大于10(相當于同步轉(zhuǎn)速低于600r/min)時,就有必要對直聯(lián)方案和帶齒輪減速器的方案進行對比,然后再做出決定。”對此建議應注意兩點:(1)它給出了一個定量指標。據(jù)此指標,南水北調(diào)東線工程水泵機組都應該考慮采用齒輪減速器傳動方案。(2)它只是建議進行方案對比,是否采用,要看對比結果,即看兩種方案中哪一種方案的綜合經(jīng)濟效益高。2)該《手冊》后面所附的“水泵設備工程設施布置圖集”中列舉了6個低揚程泵站,除我國內(nèi)蒙古紅圪卜泵站的斜式軸流泵未采用齒輪減速箱外,其余3座安裝立式泵和2座安裝臥式泵的泵站均采用了齒輪減速器傳動。5葉片的角調(diào)節(jié)問題南水北調(diào)東線工程用泵是否需要進行葉片安裝角調(diào)節(jié),或者說是否需要配備葉片安裝角度調(diào)節(jié)機構,目前在業(yè)內(nèi)尚有爭議。要想弄清這個問題,需要首先弄清葉片安裝角調(diào)節(jié)的作用。5.1調(diào)節(jié)葉片安裝角1)減小起動轉(zhuǎn)矩,改善水泵的起動性能。葉片安裝角越小,相應的流量和軸功率也越小,所需的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流也隨之減小。因此,可將葉片安裝角調(diào)到最小時起動水泵;待起動后再將葉片安裝角調(diào)到所需的角度運行。2)根據(jù)泵站揚程的變化調(diào)節(jié)葉片安裝角,使水泵在高效區(qū)運行。需要指出的是,這種方法適應揚程變化的范圍不大,主要適用于等效率曲線傾斜(ns<1000)的水泵。對于一些揚程變化范圍大的泵站,僅采用調(diào)節(jié)葉片安裝角的方法來達到保持水泵在高效區(qū)運行的目的是不可能的。在這種情況下,最有效的方法是調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。3)根據(jù)泵站所需的流量調(diào)節(jié)葉片安裝角,使水泵的流量滿足要求,而效率保持不變。這種調(diào)節(jié)適用于等效率曲線平坦(ns>1000)的軸流泵。5.2調(diào)節(jié)葉片邊界問題根據(jù)上述對水泵葉片安裝角調(diào)節(jié)作用的分析,結合南水北調(diào)東線工程泵站的特點,不難得出結論,即該工程絕大多數(shù)泵站所用水泵實際上不需要配備葉片安裝角調(diào)節(jié)機構。其理由如下:1)目前我國已建成的大多數(shù)大型排水泵站,配套的動力機均為同步電動機,它的起動轉(zhuǎn)矩比異步電動機小。但據(jù)業(yè)內(nèi)某資深專家介紹,他們曾在多個泵站做過試驗,即使將葉片安放角調(diào)到最大,也未曾發(fā)現(xiàn)存在起動困難問題。如果該工程新建泵站中的一部分水泵機組配套異步電動機,則起動更不存在問題。再者,我國的中小型離心泵(包括潛水泵)基本上全部采用異步電動機。按規(guī)定應采用關閉出水口閥門起動,實際使用中常常不加出水口閥門,或保持出水口閥門開啟,也未曾發(fā)現(xiàn)有報道存在起動困難問題。由此可見,所謂的調(diào)節(jié)葉片角度起動并無必要。2)如果泵站的揚程和流量變化幅度不大,則通過調(diào)節(jié)葉片安放角,來改變揚程或流量,使水泵保持在高效區(qū)運行的功能也無必要。需要說明的是,參考文獻中僅列出了設計揚程和設計流量,未列出最高揚程、最低揚程、最大流量和最小流量等泵站參數(shù),該結論就不一定是全面的。3)就整個水泵而言,葉片調(diào)節(jié)機構加工精細,造價高,操作維護也比較復雜。從經(jīng)濟角度看,可能也不合算。由此可見,那種僅依據(jù)南水北調(diào)東線工程泵站所選水泵是否配備了葉片調(diào)節(jié)機構,來評價水泵優(yōu)劣或選型是否合理的觀點值得商榷。6泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)變速調(diào)節(jié)是指水泵在運行過程中,當裝置流量和揚程發(fā)生變化時,通過改變水泵轉(zhuǎn)速,以滿足泵站裝置要求的調(diào)節(jié)方法。上一節(jié)中討論的齒輪減速箱傳動,是一種動力傳遞方式。一旦齒輪箱傳動比確定,泵站建成后,在運行過程中無法改變水泵轉(zhuǎn)速,所以也就談不上調(diào)節(jié)。一些文獻將其列入變速調(diào)節(jié)范疇,似不妥。6.1降速調(diào)節(jié)、控制運行參數(shù)1)變速調(diào)節(jié)適用于流量和揚程,尤其是揚程變化幅度較大的泵站。我們知道,水泵轉(zhuǎn)速改變時,其流量和揚程分別和轉(zhuǎn)速之比的一次方和二次方成正比。通過改變水泵轉(zhuǎn)速就可以相應改變其流量和揚程,滿足裝置變化的需求。2)變速調(diào)節(jié)能使水泵在高效區(qū)附近運行,降低運行費用。當轉(zhuǎn)速變化不大時,水泵效率變化很小,但軸功率與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比。與調(diào)節(jié)泵站裝置,即調(diào)節(jié)閘閥開度的方式相比,采用變速調(diào)節(jié)的裝置效率高,運行費用低。3)降速調(diào)節(jié)可改善水泵的抗汽蝕性能。當轉(zhuǎn)速n降低時,n.D值也隨之下降,即水泵的圓周速度降低。試驗證明,這時水泵的抗間隙汽蝕性能明顯提高,抗翼型汽蝕性能也得到一定改善。4)改善水泵起動性能。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比,所以可將其調(diào)節(jié)到低速狀態(tài)起動,從而減小起動功率。當配套動力機為同步電動機時,由于其起動轉(zhuǎn)矩小,需要選取較大的配套功率備用系數(shù),即加大電動機功率。采用低速狀態(tài)起動后,可選取較小的配套功率備用系數(shù),適當減少配套電動機功率,從而降低泵站的配電裝置容量和投資。6.2水泵傳動控制方式變速調(diào)節(jié)方式主要有三種,即改變電動機極對數(shù)以及采用液力耦合器傳動和變頻調(diào)速。1)改變電動機極對數(shù)。電動機的轉(zhuǎn)速隨極對數(shù)改變而變化。如果將電動機做成雙極對數(shù),則該電動機就有兩個額定轉(zhuǎn)速。通過改變電動機的極對數(shù),就可以改變水泵轉(zhuǎn)速,達到調(diào)速的目的。這種調(diào)節(jié)方式已在廣東省東深引水工程中成功采用。其主要優(yōu)點是比較經(jīng)濟可靠;缺點是“有級”變速,不能滿足泵站參數(shù)“漸變”的需求。2)液力耦合器是一種傳動裝置,也可以起到離合器和調(diào)速裝置的作用。其調(diào)速功能是通過增加或減少耦合器內(nèi)的工作油量來實現(xiàn)的。它的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速,缺點是在低速下工作時傳動效率比較低。3)變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是近20多年來發(fā)展起來的一種調(diào)速技術,目前已在中小型低壓電動機上廣泛采用。其主要優(yōu)點是運行可靠,可實現(xiàn)大范圍無級調(diào)速,缺點是設備費比較高。國內(nèi)一生產(chǎn)企業(yè)稱其已研制出高電壓大功率(最高電壓10kV,最大功率3150kW)變頻調(diào)速器,并在電力、化工等行業(yè)較大范圍推廣應用。6.3調(diào)節(jié)方式變前面假定南水北調(diào)東線工程泵站的流量和揚程變化不大,但這只是筆者的一種假設。是否需要采用變速調(diào)節(jié),則取決于這兩個參數(shù)變化的幅度有多大,以及變化的參數(shù)是流量還是揚程。如果流量和揚程都在整體規(guī)劃控制之中,變化幅度不大,則不必進行調(diào)節(jié)。如果變化的主要參數(shù)是流量,則最佳調(diào)節(jié)方式是改變泵站的水泵機組運行臺數(shù)。如果變化的主要參數(shù)是揚程,且變化幅度較大,為了減小運行費用,應考慮采用變速調(diào)節(jié)。筆者認為,綜合考慮技術上的可行性、運行可靠性、經(jīng)濟性等諸多因素,其優(yōu)選順序應是:雙速電動機→變頻調(diào)速器→液力耦合器。7節(jié)奏和建議7.1水泵選型及水泵設計1)臥式軸流泵、臥式混流泵、立式軸流泵、立式混流泵、斜式軸流泵和貫流泵等,都是適宜南水北調(diào)東線工程泵站的備選泵型,這些泵型本身并無先進和落后之別。重要的是應“因站制宜”,綜合考慮設備費、泵站投資、運行維護費用和可靠性等因素,進行技術經(jīng)濟對比分析,選擇合理的泵型。2)水泵(泵段)效率固然重要,但最終反映運行經(jīng)濟性的