1概述
佛山市顺德区北镇上僚泵站，初步设计拟选用1400WZL- 25型立式轴流泵，该泵叶轮直径为1 400mm，转速为375 r/m in.在泵站设计工况下，该水泵工作扬程为4. 35 m，流量为5. 6 m 3/ s.
为满足自流灌溉、自流排水、提灌、提排的要求，上僚泵站拟采用双向x型进出水流道。虽然双向x型进出水流道可以节省工程投资，但也存在流道内流态不佳，易形成水力振动等问题。
为此建设单位特委托水利部泵站测试中心进行装置模型试验。
由于没有专用的模型泵，本次试验按照比转速基本相近的原则，选用了浙江萧山涌潮水泵有限公司生产的350ZLB - 100型轴流泵作为模型泵，并根据泵站双向x型流道的布置要求对其结构进行了改进。1、2即为改进后的模型泵结构和试验装置。
2试验项目和方法
2. 1试验目的
本次试验的目的是通过试验观察分析进出水流道内的流态，优化进出水流道结构，提出改善进出水流道流态的措施和方法。
2. 2测量项目及方法
3是测试系统图，主要测试参数及测试方法如下：3测试系统
2. 2. 1流量测量
在回水管路平直段上布置电磁流量计测量流量，流量值由数据采集系统进行采集并显示。
2. 2. 2压力测量
在进水流道进口断面A - A和出水流道出口断面D - D各布置一台压力传感器、在水泵进口断面B- B对称布置4台压力传感器、在水泵出口断面C - C对称布置2台压力传感器（结构限制不能布置过多的取压点）进行压力测量，用以计算相应断面的能量、分析压力分布情况。
2. 2. 3电机输入功率测量
按电机输入功率的测试要求，采用多功能三相电力分析仪直接测量电机输入功率。
2. 2. 4转速测量
按转速测试要求，由3402型精密数字转速表直接测出水泵转速。
2. 2. 5噪音测量
按照水泵噪音测试要求，在距泵体1m处用ND2型精密声计仪测量水泵噪音。
2. 2. 6进出水流道的流态观察
为了观察进出水流道在各种方案及不同工况下的流态，本次测试分别在进水流道和出水流道的起始端垂直水流方向设置了示流线栅，示流线栅由上下两根贯穿流道隔墩的栅杆组成，每根栅杆悬挂四根红色丝线，共16根，通过示流线能很直观地观察试验中流道内的流态。示流线的编号和布置如4所示。
3装置综合特性
3. 1模型装置综合特性
1是试验得到的模型装置综合特性表。由于本次试验的主要目的是考察水泵与进出水流道的匹配情况，因此，在此不对装置综合特性进行分析。
1模型装置综合特性试验成果（ n= 1 450 r/m in）
3. 2原型装置综合特性
对模型参数进行换算得出原型泵及装置的性能数据如2所示。
2原型装置综合特性（ n= 375 r/m in）
4试验成果及分析
4. 1进水流道的流态及分析
通过观察发现，在所有的试验工况下设在进水流道中的8根示流线均能保持相对稳定，只是在示流线末端有一定间歇性的波动，波动幅度较小（一般为1 2 cm ）。由此可以推断进水流道内流态基本平稳，表明进水流道设计是合理的。
4. 2出水流道的流态及分析
通过观察发现，受双向出水流道的影响，水泵出口流态比较复杂。下面针对试验中观察到的问题和现象予以具体分析。
4. 2. 1水泵出口水流对出水流道流态的影响
本试验所使用的模型泵与普通ZLB型轴流泵相比，少了出水弯管，由此对装置性能产生了一定的影响。首先，由于没有出水弯管，局部水头损失就会减少，因此对提高泵的效率有利，但是由此带来的负面影响是水流通过叶轮后，由于泵内流程缩短，大部分动能还未来得及转化为压能，水流就到达水泵出口并突然扩散，由此导致了更大的能量损失；其次具有较大的动能水流，直接流入出水流道。如果不处理好水泵出口与流道的衔接将会使泵内损失增大，试验表明衔接不好会使阻力参数S增大1倍以上；其三，水泵出口与流道的衔接不良会使该衔接区产生压力不均匀，导致附近部分区域出现漩涡或回流（见5）。漩涡与回流是水泵运行中产生噪音和振动的主要原因，因此应予以避免。
本次试验观察到在水泵出口未增设倒置喇叭口时， 15、16流线指向相反，表明有回流存在；增设倒置喇叭口后， 15、16流线的指向基本一致。
4. 2. 2水泵转向对出水流道流态的影响
受水泵旋转的影响，水泵出口一般存在环流，为此常采取在出水流道中设置隔墩的措施来减轻环流的影响。在试验中观察到，在采用常规隔墩时，隔墩的迎转向侧和背转向侧压力不均匀，背侧的流态比较差（如所示）。这种现象有两个原因：一是由于水泵的出口与流道的衔接不好致使上层水流流速过大、而下层水流处于回流区产生回流；二是水泵转向使隔墩迎转向侧压力高于背转向侧，产生回流。
4. 2. 3相应的改进措施
针对上述流态问题，本试验采取了以下两项措施：在水泵出口增设导水帽（如7所示）。水泵出口导水帽可以改变泵出口突然扩散的流态，让水流在水泵出口与出水流道进口间形成一个良好的过渡段。出口导水帽的佳断面形状和尺寸由试验得出。
改设导流隔墩（如6所示）导流隔墩就是将普通隔墩单一的隔流作用变为导流与隔流的双重用途，主要是为了改善隔墩背水泵转向侧的流态，减轻或消除隔墩两侧的压力不均、流量不等的现象。具体的方法就是把隔墩头部0. 1 m的部位向迎水泵转向的方向偏转一定角度。
采取了上述两个措施之后，水泵出口附近区域的流态得到了较大改善，示流线的指向基本平行。
4. 3导水帽设置高度的分析
为改善水泵出口及出水流道的流态，在泵出口导叶体后设置导水帽（如7所示） ，导水帽固定在泵轴的轴套上。由于改善流态的效果取决于导水帽的高度，为此本次试验共进行了7种不同高度的比对试验。比对试验效果用两种方法进行判别，一种是观察示流线与出水流道的平行度；另一种是利用出水流道的水力阻力参数S的变化趋势来分析。
7出水流道立面构造及示流线指向示意逐步改变导水帽设置高度H值（本试验为每次改变20 mm高度）进行试验，以寻找示流线与出力流道的平行度佳和出水流道的水力阻力参数S小时相应的H值。比对试验表明：1）当导水帽设置的高度H太大时，水泵出口水流受制约就小，水流冲击出水流道顶板后，反折向下，流态很差；此时出水流道的水力阻力参数S也较大，表明水力损失也较大。
2）当导水帽设置的高度H较小时，水泵出口水流所受制约就增大，水流在受导水帽过度制约后而呈现扩散状，观察发现此时示流线与出水流道顶板的平行度较差，表明出水流道的流态不好，试验数据也表明此时出水流道的水力阻力参数S也较大。
3）当导水帽设置的高度H适中时，通过观察示流线可以发现示流线与出水流道顶板基本平行，说明此时出水流道的流态较好，试验数据也表明此时的水力阻力参数S较小。数据分析与观察结果完全吻合，可得到完全一致的结论。
试验表明：出水流道的流态与导水帽设置的高度H密切相关。导水帽设置高度与示流线观察分析结果的表述见3.
3出水流道流态观察与分析
上排流线说明随着H的减少，水流在导水帽的导流作用下，冲击流道顶板的力度正在逐步减弱，流线与出水流道的平行度也逐渐趋向一致；下排流线说明在水泵出口增设倒置喇叭口后，回流区的状况得到较好的改观，流线与出水流道的平行度也就逐渐趋向一致；水力阻力参数逐渐变小。
上下排流线与出水流道的平行度趋向一致；水力阻力参数逐渐变小。
上下排流线都说明随着H的减少，导水帽由对水流的导流逐步变为制约，致使水流呈扩散状，流线与出水流道的平行度又逐渐恶化；水力阻力参数逐渐变大。
4. 4装置模型试验中的噪音及振动
因噪音与振动在原型和模型间不存在相似关系，因此只能在装置模型试验中作相对比较。试验表明，模型泵在低扬程、大流量或高扬程、小流量情况下运行时噪音都较大。在设计工况附近运行时噪音较低。实测的对应于高扬程和低扬程的高噪音为90. 5 dB，对应于设计工况的噪音为78 84 dB.
试验中未发现因水力引起的剧烈振动，水泵在设计工况下运行机组的机械性振动均在常规范围内。设置导水帽、导流隔墩等对改善装置振动有一定效果，但不明显。
4. 5装置模型试验中的效率问题
试验发现模型泵的高效率点偏离相应的原型泵站设计工况。当装置扬程逐渐降低到2 m以下时，随着水泵流量的增加，进出水流道水力损失占扬程的比例急剧增加，导致装置效率明显下降。
从试验中可以观察到，双向进出水流道无论在提水运行还是在自流运行时，流道内都存在死水区，该区内水流的翻滚程度随着流量的增大而加剧，装置效率也随着降低。
虽然在低扬程时装置效率很低，但试验结果表明上僚泵站原型装置的高效率仍达57. 3 ，在设计工况下的装置效率为52. 6 （H = 3. 94 m时） ，对于低扬程泵站以上装置效率是可以接受的，因此，上僚泵站采用双向进出水流道是合理的。
5结语
本试验较好地模拟了上僚泵站的装置性能，发现了一些原设计中的不足，并通过试验得出了解决的方法。特别是出水喇叭口、导水帽、导流隔墩的设置极大改善了泵站出水流道的流态，对降低泵站运行噪音、减轻机组振动、提高装置效率起到了很大作用。本试验所发现的一些问题，对今后同类泵站的设计具有较好的借鉴作用。
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