1灌區(qū)概況

        運(yùn)城市夾馬口引黃管理局下轄夾馬口、小樊、泉杜三個灌區(qū)，水源統(tǒng)一由吳王泵站提供。夾馬口灌區(qū)由夾馬口泵站供水，泉杜泵站在夾馬口灌區(qū)一級干渠23+300處取水供給泉杜灌區(qū)，小樊灌區(qū)自成體系。1998年以來，管理局對灌區(qū)管理體制、經(jīng)營機(jī)制進(jìn)行了改革和創(chuàng)新，圍繞“農(nóng)民增收、工程發(fā)展、職工受益”的“三贏”管理目標(biāo)，實(shí)行“事企”分開。按照“水”的商品屬性和流程，實(shí)行“泵站生產(chǎn)水、灌區(qū)銷售水、農(nóng)戶消費(fèi)水”的市場化運(yùn)作模式，形成了“模擬法人主體化、獨(dú)立核算企業(yè)化、層層買賣市場化、規(guī)范服務(wù)公開化”的管理模式。

 

        夾馬口干渠站與夾馬口泵站、泉杜泵站、支渠、干斗等在內(nèi)部管理中屬于買賣關(guān)系，即夾馬口泵站生產(chǎn)的“水商品”經(jīng)插入式電磁流量計(jì)批發(fā)給夾馬口干渠站，干渠站經(jīng)管道電磁流量計(jì)躉售給泉杜泵站，經(jīng)巴歇爾量水槽躉售給各支渠，經(jīng)無喉道量水槽躉售給各干斗，最終由干斗、支斗將“水商品”零售給農(nóng)戶。管理局對所轄泵站根據(jù)單耗(即單方水耗電量)指標(biāo)進(jìn)行獎罰考核，對干渠、支渠按千噸·公里損失(即每千噸水每運(yùn)行1公里所損失的水量，相對干渠渠道水利用系數(shù)更科學(xué)，二者間可相互運(yùn)算轉(zhuǎn)化)指標(biāo)考核，對斗渠水量全額計(jì)費(fèi)。

 

2存在的問題

        2009年夏澆，夾馬口泵站與夾馬口干渠站水量交接方式由人工流速儀測流變革為插入電磁流量計(jì)計(jì)量。

 

        流量計(jì)投入運(yùn)行以后，給交接雙方管理者的總體印象是穩(wěn)定性特別差、誤差特別大。2010年12月9～10日用流速儀校核的流量為2.0m3/s，而流量計(jì)卻平均偏大0.533m3/s，造成干渠站千噸·公里損失指標(biāo)嚴(yán)重虧損。通過對2009年夏澆至2011年春澆年灌溉運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，初步摸索出了以下規(guī)律:千噸·公里損失指標(biāo)正常時，干渠站和夾馬口泵站雙贏;指標(biāo)浮動時，干渠站持平或虧損，夾馬口泵站虧損;指標(biāo)失實(shí)時，干渠站嚴(yán)重虧損，夾馬口泵站單耗指標(biāo)低于理論值范圍。

 

        流量計(jì)運(yùn)行的不穩(wěn)定性完全打破了內(nèi)部管理平衡，造成管理指標(biāo)嚴(yán)重失真，嚴(yán)重干擾了內(nèi)部的正常管理秩序和管理方向。尤其是干渠站因水量無故虧損而受罰，挫傷了職工的積極性和創(chuàng)造性。

 

3問題剖析

3.1流量計(jì)工作原理

        流量計(jì)安裝于水泵出口的鋼制管件上，數(shù)字儀表置于調(diào)度值班室的儀表柜中;二者間用數(shù)據(jù)線連接，將流量計(jì)的流速信息傳輸?shù)絻x表，并計(jì)算、顯示相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)。其工作原理是:將泵站壓力輸水管道的直徑參數(shù)輸入儀表計(jì)算出過水?dāng)嗝婷娣e，電磁場掃描通過流量計(jì)斷面的瞬時流速，儀表據(jù)此顯示水泵機(jī)組的瞬時流量和累計(jì)水量值。

 

3.2問題分析

        由流量計(jì)的工作原理可知:當(dāng)管道中通過的流體全部為水時，儀表的顯示是準(zhǔn)確無誤的，對應(yīng)的千噸·公里損失指標(biāo)正常;當(dāng)水體中夾雜少量氣體時，機(jī)組由于氣蝕而效率下降，表現(xiàn)為泵站單耗上升、千噸·公里損失指標(biāo)浮動;當(dāng)含氣量大到一定的程度時，機(jī)組由于做功少而單耗下降，對應(yīng)的千噸·公里損失指標(biāo)則失實(shí)。

 

3.3誤差計(jì)算

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，當(dāng)水中混有1%空氣時，水泵效率下降5%～15%，當(dāng)混入10%時，水泵就不能工作了。管道中水和氣的運(yùn)行情況是十分復(fù)雜的，只能通過純物理理論來進(jìn)行粗淺的分析和計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果可以說明生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)生的問題，下面以2011年6月22日的運(yùn)行數(shù)據(jù)為例計(jì)算如下。

 

3.3.1運(yùn)行參數(shù)

        夾馬口泵站運(yùn)行機(jī)組7臺，單機(jī)流量1.110m3/s，日提水量737958m3，當(dāng)日單耗0.275kW·h/m3;干渠站當(dāng)日千噸·公里損失10.3841m3，按指標(biāo)7m3核算日虧損40540m3。

 

3.3.2含氣率1%的水量誤差

        a.體積誤差。假設(shè)水中含氣率為1%，則過水?dāng)嗝婷娣e、流量、水量即誤差1%。

        b.物理誤差。以當(dāng)日運(yùn)行的6號管道的平均流量Q=4.439m3/s、1400管道面積A=1.539m2計(jì)算，管道中水平均流速v流量計(jì)=2.884m/s。

 

        由牛頓第二定律F=ma=Vρa可知，將壓力輸水管道中水和氣的作用力F和微小顆粒的體積V視為相等，則加速度a的大小由水和氣的密度ρ決定，由資料可查得在0.7MPa絕對壓力(夾馬口泵站揚(yáng)程為70m)下常溫ρ氣=8.1837kg/m3、ρ水=1000kg/m3，則a氣=。

 

        由勻速直線運(yùn)動公式vt=v0+at可知，假設(shè)水和氣經(jīng)葉輪加壓后在水泵出口的起始速度相等且為零，則，由此流量計(jì)測得的管道中水平均流速v流量計(jì)=2.884=v水×99%+122v水×1%，解得水體實(shí)際流速v水=1.305m/s，僅占v流量計(jì)的45.25%。

 

        c.合計(jì)誤差。因45.25%×99%=44.80%，則誤差率為55.20%。按2011年6月22日水量折算，多計(jì)水量為737958×55.20%=407353m3。

 

3.3.3以當(dāng)日虧損水量折算水體含氣率

        折算的誤差率為40540/737958=5.49%。由此可知，體積誤差很小，可忽略以方便計(jì)算，則

       

        設(shè)水體含氣率為x，則v水(1－x)+v氣x=v流量計(jì)，即2.726(1－x)+122×2.726x=2.884，解得x=0.00048=0.48‰。

 

3.3.4結(jié)果說明

        a.在1%含氣率的假定下，理論計(jì)算的誤差率55.20%即為水泵效率的下降值，是經(jīng)驗(yàn)值5%～15%最大值的近4倍，恰恰證明了泵體和管路中水和氣運(yùn)動狀態(tài)的復(fù)雜性，單單依靠理論計(jì)算是不能完全解釋清楚的。

        b.以2011年6月22日運(yùn)行數(shù)據(jù)算得的水體含氣率0.48‰，雖然不是十分準(zhǔn)確，但能證明電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性對水體含氣率十分敏感。

 

4 干擾因素

4. 1 進(jìn)水池?cái)r污柵

        從實(shí)際運(yùn)行效果來看，泉杜泵站安裝的管道電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于夾馬口泵站的插入式電磁流量計(jì)。

 

        泉杜泵站前池結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)對稱布置，且設(shè)有隔墩;夾馬口泵站經(jīng) 1998 年增容改造，前池基于原開放結(jié)構(gòu)在右側(cè)增加了兩臺機(jī)組，非對稱布置，因此泉杜泵站前池及進(jìn)水池水的流態(tài)要好于夾馬口泵站。根本的區(qū)別在于攔污柵的布置。泉杜泵站在取水口和前池進(jìn)口設(shè)有兩道攔污柵，對進(jìn)水池水的流態(tài)沒有干擾;夾馬口泵站原設(shè)有進(jìn)水閘、前池進(jìn)口和水泵進(jìn)口(管口焊有鐵箅子)三道攔污柵，2000 年在進(jìn)水閘安裝了撈污機(jī)，取消了前池和水泵進(jìn)口的攔污柵，增設(shè)了進(jìn)水池?cái)r污柵(見下圖)，其結(jié)構(gòu)雖優(yōu)于原鐵箅子攔污，但嚴(yán)重?cái)_亂了進(jìn)水池中水的流態(tài)，使水體含氣率急劇上升，進(jìn)而影響水泵的效率和流量計(jì)的穩(wěn)定性。具體的因素有以下兩點(diǎn):

a. 柵前污物堵塞，減小了進(jìn)水池過水?dāng)嗝婷娣e，流水不暢，進(jìn)水池中易進(jìn)氣;污物量與進(jìn)氣量成正增長關(guān)系。

 

b. 柵前污物堵塞，造成柵前泥沙淤積逐年上升，

        目前已達(dá) 4m 高，人為將進(jìn)水池變?yōu)榧?當(dāng)淤積達(dá)到一定高度時，進(jìn)水池的進(jìn)水量滿足不了水泵抽水量時，機(jī)組便不能正常運(yùn)行;柵前淤積高度與進(jìn)氣量成正增長關(guān)系。

4. 2 前池泥沙淤積

        由于進(jìn)水池?cái)r污柵人為抬高了前池的泥沙淤積，因此在機(jī)組輪換時，尤其是在輪換不同管路中的機(jī)組時，水流要改道形成新的沖溝，流態(tài)紊亂造成水體含氣率突增，流量計(jì)的穩(wěn)定性即刻改變;流量愈大整流時間愈短，流量愈小流量計(jì)恢復(fù)得愈慢。

4. 3 機(jī)組的運(yùn)行工況

        機(jī)組的進(jìn)氣量同樣會影響流量計(jì)的穩(wěn)定性，因此要對機(jī)組及時進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，避免水泵效率下滑和失穩(wěn)。

 

5 結(jié)論

        a. 前池泥沙淤積高度影響著進(jìn)水池中水的流態(tài)，決定著水體含氣率，進(jìn)而干擾了流量計(jì)的穩(wěn)定性，并且流量計(jì)的誤差率是隨前池泥沙淤積高度而增大的，這個因素是根本性、持續(xù)性和長期性的;機(jī)組輪換和維護(hù)因素具有一定的時效性，排除了則無影響。

        b. 基于夾馬口泵站進(jìn)水池目前的結(jié)構(gòu)，一個周期內(nèi)，前池泥沙淤積高度保持不變，流量計(jì)相對是穩(wěn)定的;小流量運(yùn)行，前池淤積上升，流量計(jì)誤差增大，大流量時則相對減小。前池淤積高度總體是抬升趨勢，因此應(yīng)定期用流速儀對流量計(jì)進(jìn)行校核，或通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)調(diào)整流量計(jì)儀表系數(shù)，保持內(nèi)部管理和水量交接的平衡和穩(wěn)定。

        c. 拆除進(jìn)水池?cái)r污柵是根本措施，為了保證攔污效果，可增設(shè)前池進(jìn)口攔污柵。