流道效率與無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備水泵效率對(duì)于泵裝置效率具有同等重要性。對(duì)泵裝置水力性能的研究，需要從水泵效率和流道效率兩個(gè)方面展開(kāi)。
1、關(guān)于無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備水泵效率
軸流泵裝置具有揚(yáng)程低、流量大的特點(diǎn)，在低揚(yáng)程泵站中應(yīng)用廣泛。水泵廠對(duì)軸流泵己經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并取得了較多研究成果，獲得了一系列不同比轉(zhuǎn)速的效率高、高效區(qū)范圍廣和抗空化性能好的水力模型。
1981年國(guó)內(nèi)對(duì)水泵模型進(jìn)行了一次同臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)，將全國(guó)優(yōu)秀的水泵水力模型集中在北京農(nóng)機(jī)院進(jìn)行同臺(tái)測(cè)試，包括比轉(zhuǎn)速為700、1000、1250、1400和1600等共13種軸流泵模型，水泵模型同臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果表明：這些軸流泵水力模型的最高效率在80%?84%之間，效率平均水平為82%左右，ZBM791-100水力模型的效率最高，最高效率達(dá)84.5%。
隨著南水北調(diào)工程的幵工建設(shè)，為保證該工程泵站的設(shè)計(jì)質(zhì)量，水利部調(diào)水局組織開(kāi)展了水泵模型的同臺(tái)測(cè)試工作（以下簡(jiǎn)稱“同臺(tái)測(cè)試”)。該項(xiàng)任務(wù)由中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司承擔(dān)，2004年共完成了27個(gè)管道泵模型的同臺(tái)測(cè)試工作。在這27個(gè)水泵水力模型中，水泵效率的平均水平為84%左右，水泵效率最高達(dá)86%。
從兩次水泵模型同臺(tái)測(cè)試的結(jié)果看，經(jīng)過(guò)20多年的努力水泵模型效率的平均水平以及最高效率水平均提高了2%左右，說(shuō)明將軸流泵水力模型的效率提高1%-2%是需付出長(zhǎng)時(shí)間的很大的努力。從發(fā)展趨勢(shì)看，水泵模型的能量性能今后仍應(yīng)有一定的逐步的提升潛力，但可提升的空間不太大了。
2、泵裝置中的“泵段”
水泵效率是泵裝置效率的決定因素之一，故必須先弄清楚水泵包括哪些部分。大型特低揚(yáng)程泵站的泵裝置由進(jìn)水流道、葉輪及導(dǎo)葉體和出水流道等4個(gè)部分組成。水泵廠給出了水平后軸伸泵裝置和前置貫流泵裝置的示意圖，其中，葉輪與導(dǎo)葉體的組合體是任何一種型式特低揚(yáng)程泵裝置的基本組成部分，故可將這樣的組合體稱之為“泵段”?？梢钥吹剑诟鞣N型式的特低揚(yáng)程泵裝置中均具有完整的“泵段”。根據(jù)大型特低揚(yáng)程泵裝置的組成看，泵裝置效率應(yīng)為“泵段”效率和流道效率的乘積。
圖1：水平后軸伸泵裝置示意圖
3、“泵段”效率的修正
測(cè)壓斷面水泵模型試驗(yàn)可選在距其進(jìn)、出口法蘭2倍管徑處，不對(duì)測(cè)量斷面和水泵模型進(jìn)出口法蘭之間水力損失進(jìn)行修正，在南水北調(diào)工程水泵模型同臺(tái)測(cè)試中，揚(yáng)程測(cè)量的測(cè)壓斷面的布1按上述規(guī)定執(zhí)行，即：揚(yáng)程的進(jìn)口測(cè)壓斷面和出口測(cè)壓斷面分別設(shè)于進(jìn)水直管的進(jìn)口斷面和出水直管的出口斷面?？梢?jiàn)，同臺(tái)測(cè)試測(cè)得的水泵模型綜合特性曲線是包括進(jìn)水直管段、進(jìn)水收縮段、出水彎管段和出水直管段在內(nèi)的水泵模型測(cè)試段的水力性能。
在大型特低揚(yáng)程泵裝置中，水泵模型水力性能測(cè)試段中的進(jìn)水直管段和進(jìn)水收縮段由進(jìn)水流道取代，出水彎管段與出水直管段由出水流道取代，僅“泵段”部分相似。故在對(duì)泵裝置效率進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)采用的“泵段”效率須在水泵模型測(cè)試段的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。
根據(jù)水力學(xué)基本公式計(jì)算進(jìn)水直管段、進(jìn)水收縮段、出水彎管段和出水直管段的水力損失，對(duì)導(dǎo)葉體出口斷面和葉輪室進(jìn)口斷面之間的“泵段”揚(yáng)程進(jìn)行修正，進(jìn)而計(jì)算“泵段”效率?，F(xiàn)以部分南水北調(diào)東線同臺(tái)測(cè)試的水泵水力模型為例，將與“泵段”效率修正的有關(guān)參數(shù)及修正的結(jié)果列于表1。
表1：部分同臺(tái)測(cè)試水泵模型高效區(qū)效率修正的相關(guān)數(shù)據(jù)及結(jié)果
我國(guó)無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備水泵模型修正后的“泵段”效率己達(dá)到87%左右，與國(guó)際先進(jìn)水平已經(jīng)很接近；不同水泵模型修正后的“泵段”效率相差很小。
①泵裝置中的進(jìn)水流態(tài)
大型泵站進(jìn)水流道的作用是使水流由前池進(jìn)入水泵葉輪室的過(guò)程為水泵提供良好的進(jìn)水條件。在泵裝置中，只要進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)符合要求，就可保證水泵葉輪正常工作。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)泵裝置進(jìn)水流道優(yōu)化水力設(shè)計(jì)的研究比較重視。從水泵廠已有研究結(jié)果來(lái)看，泵裝置的進(jìn)水流態(tài)問(wèn)題已經(jīng)基本解決。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的特低揚(yáng)程泵裝置進(jìn)水流道出口斷面的流速分布均勻進(jìn)水流態(tài)已滿足水泵正常運(yùn)行所要求。
在泵裝置揚(yáng)程一定的條件下，流道效率完全決定于進(jìn)、出水流道的水力損失。流道效率與流道水力損失及泵裝置揚(yáng)程的關(guān)系，可以看到：當(dāng)泵裝置揚(yáng)程一定時(shí)，流道水力損失越大，流道效率越低；泵裝置揚(yáng)程愈低，流道水力損失對(duì)流道效率的影響愈顯著。水泵效率為87%時(shí)泵裝置效率與流道水力損失及泵裝置揚(yáng)程的關(guān)系，可以看到：流道水力損失對(duì)泵裝置效率的影響非常顯著，泵裝置揚(yáng)程愈低，影響愈大。在泵裝置揚(yáng)程較低的情況下，進(jìn)出水流道水力損失的相對(duì)值較大，導(dǎo)致流道效率較低，增加了提高泵裝置效率的困難。
在泵站揚(yáng)程較高的情況下，流道水力損失對(duì)流道效率影響并不大，但在揚(yáng)程很低的情況下，流道水力損失就成為影響流道效率的顯著因素，需要給予充分重視。在己經(jīng)釆用了最優(yōu)秀的水泵水力模型后，進(jìn)一步提高泵裝置效率的關(guān)鍵就在于設(shè)法減少流道水力損失。
如：某無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程為3.0m，選擇了泵段效率為87%的水泵模型，若設(shè)計(jì)流量時(shí)流道的水力損失是0.5m，則該站泵裝置的流道效率只有85.7%，泵裝置效率只能達(dá)到74.6%；如果通過(guò)充分優(yōu)化水力設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)流量時(shí)流道的水力損失減少至0.4m，則流道效率和泵裝置效率分別可以提高至88.2%和76.8%。特低揚(yáng)程泵裝置的流道效率變化范圍很大，與泵裝置揚(yáng)程及流道水力損失有關(guān)。在揚(yáng)程很低和流道水力設(shè)計(jì)較差的情況下，流道效率可能低于80%；反之，流道效率可以超過(guò)95%。所以，對(duì)于特低揚(yáng)程泵裝置效率而言，流道效率的變化范圍較大，可挖掘的潛力也較大。特低揚(yáng)程泵裝置優(yōu)化水力設(shè)計(jì)研究的關(guān)鍵是盡可能減少流道的水力損失。
