3.2.3.1 流量测量数据
水泵的流量采用超声波流量计测定，南县育新泵站管道内径DN=1600mm，管道周长=5130mm，壁厚=16mm，传感器安装方式采用Z法安装，传感器安装距离为833mm，介质为水；安乡县大鲸港泵站管道内径DN=800mm，管道周长=2590mm，壁厚=12mm，传感器安装方式采用Z法安装，传感器安装距离为421mm，介质为水。
育新泵站实测数据（自然状态测量情况，测量时间：2010年5月28日）：
（1）并联运行1#、2#机泵时，流量分别为26000m3/h，25000m3/h，流速分别为3.60m/s，3.46m/s；
（2）关1#机泵，运行2#机泵时，测定流量为24550m3/h，流速为3.40m/s；
（3）关2#机泵，运行1#机泵时，测定流量为30000m3/h，流速为4.20m/s。
大鲸港泵站实测数据（淹没状态测量情况，测量时间：2010年5月29日）：
（1）并联运行时，3#机泵测定流量为4000m3/h，流速为2.21m/s；
（2）并联运行时，8#机泵测定流量为3930m3/h，流速为2.17m/s；
（3）并联运行时，9#机泵测定流量为3650m3/h，流速为2.02m/s。
育新泵站实测数据（淹没状态测量情况，测量时间：2010年7月16日）：
（1）并联运行1#、2#机泵时，流量分别为24500m3/h、22000m3/h，流速分别为3.39m/s、3.04m/s；
（2）关1#机泵，运行2#机泵时，测定流量为21500m3/h，流速为2.97m/s；
（3）关2#机泵，运行1#机泵时，测定流量为24500m3/h，流速为3.37m/s。
大鲸港泵站实测数据（自然状态测量情况，测量时间：2010年7月16日）：
（1）并联运行时，3#机泵测定流量为3700m3/h，流速为2.05m/s；
（2）并联运行时，8#机泵测定流量为3750m3/h，流速为2.07m/s；
（3）并联运行时，9#机泵测定流量为3350m3/h，流速为1.85m/s。
3.2.3.2 其他数据
在测定流量的同时，其他试验人员对试验现场的相关数据进行测量和记录，包括实时电流、实时电压和水位测量数据等。
育新泵站相关数据记录如下：
表3.1 育新泵站相关数据记录
*注：ΔH指出水拍门中心线（自然状态）或外河水位（淹没状态）与进水水位之差，下同。
大鲸港泵站相关数据记录如下：
表3.2 大鲸港泵站相关数据记录
在测试现场，目测拍门的开度时都可以发现，侧翻式拍门的开度接近全开（85°），而悬挂式拍门开度在40°左右。
3.2.3.3 装置相关数据分析
育新泵站由于大部分工况为1#、2#两台机泵并联运行，因此取并联运行时的各参数代入相关公式，整理数据可得表3.3（注：电机功率因数cosφ=0.9，电机效率为93.6%，1#为侧翻式拍门、2#为悬挂式拍门）。
表3.3 育新泵站相关数据对比表
大鲸港泵站取运行时的各参数代入相关公式，整理数据可得表3.4（注：电机功率因数cosφ=0.86，电机效率为89.0%，3#为侧翻式拍门、8#为液力自动阀、9#为悬挂式拍门）。
表3.4 大鲸港泵站相关数据对比表
由表3.3和表3.4可知，侧翻式拍门的抽水效率比悬挂式拍门略高，而液力自动阀的抽水效率相对于两种拍门则偏低。
3.2.3.4 振动数据分析
（1）育新泵站自然状态下拍门关闭时振动分析
关闭1#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.5 育新泵站侧翻式拍门自然状态下振动测量集总统计平均报告表
关闭2#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.6 育新泵站悬挂式拍门自然状态下振动测量集总统计平均报告表
以时间t为横坐标（时间间隔取0.5s），位移峰峰值Y（μm）为纵坐标作拍门关闭时振动位移峰峰值-时间图像如下：
图3.9 育新泵站自然状态下拍门关闭时振动位移峰峰值-时间图像
从图3.9可以看出，自然状态时，两种拍门关闭时的振动都不大，侧翻式拍门（1#）关闭时比悬挂式拍门（2#）振动更小，原因在于：①虽然侧翻式拍门开启角度大，但关闭时受拍门自身重力的影响较小，只受很小的重力分量的影响，产生的撞击力相对较小；②自由侧翻式拍门采用四扇拍门组合形式，关闭时四扇拍门各自分别关闭，关闭过程延长，起到了较好的缓冲作用。
此外，悬挂式拍门由于使用时间较长，门体和铰链部分存在严重锈蚀，启闭时不够灵活。试验者现场还发现，悬挂式拍门甚至还存在关闭不严的现象。
（2）育新泵站淹没状态下拍门关闭时振动分析
关闭1#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.7 育新泵站侧翻式拍门淹没状态下振动测量集总统计平均报告表
关闭2#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.8 育新泵站悬挂式拍门淹没状态下振动测量集总统计平均报告表
以时间t为横坐标（时间间隔取0.5s），位移峰峰值Y（μm）为纵坐标作拍门关闭时振动位移峰峰值-时间图像如下：
从图3.10可以看出，淹没状态时，悬挂式拍门（2#）关闭时的振动明显强于侧翻式拍门（1#），其原因在于：①虽然受水流反向作用力的影响相当，但悬挂式拍门受自身重力的影响较大，侧翻式拍门只受很小的重力分量的影响，产生的撞击力相对较小；②自由侧翻式拍门采用四扇拍门组合形式，由于其结构上的特点，关闭时四扇拍门各自分别关闭，关闭过程相对延长，起到了较好的缓冲作用。
图3.10 育新泵站淹没状态下拍门关闭时振动位移峰值-时间图像
（3）大鲸港泵站自然状态下拍门关闭时振动分析
关闭3#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.9 大鲸港泵站侧翻式拍门自然状态下振动测量集总统计平均报告表
关闭8#机泵时，阀门部分振动测量数据如下：
表3.10 大鲸港泵站液力自动阀自然状态下振动测量集总统计平均报告表
续表
关闭9#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.11 大鲸港泵站悬挂式拍门自然状态下振动测量集总统计平均报告表
以时间t为横坐标（时间间隔取0.5s），位移峰峰值Y（μm）为纵坐标作拍门关闭时振动位移峰峰值-时间曲线如图3.11所示。
图3.11 大鲸港泵站自然状态下止回装置关闭时振动位移峰峰值-时间图像
从图3.11可以看出，3#（侧翻式拍门）机泵关闭时的振动比9#（悬挂式拍门）略小，8#（液力自动阀）关闭时振动最小。3#比9#振动较小的原因在于侧翻式拍门结构上的优势，关闭时受自身重力影响较小，导致关闭时撞击力减小。液力自动阀振动小的原因在于，它采用大、小阀板快闭、缓闭相结合的方式，有较地延长了关闭时间，降低了关闭时的撞击力。
（4）大鲸港泵站淹没状态下拍门关闭时振动分析
关闭3#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：
表3.12 大鲸港泵站侧翻式拍门淹没状态下振动测量集总统计平均报告表
关闭8#机泵时，阀门部分振动测量数据如下：
表3.13 大鲸港泵站液力自动阀淹没状态下振动测量集总统计平均报告表
关闭9#机泵时，拍门部分振动测量数据如下：(www.xing528.com)
表3.14 大鲸港泵站悬挂式拍门淹没状态下振动测量集总统计平均报告表
以时间t为横坐标（时间间隔取0.5s），位移峰峰值Y（μm）为纵坐标作拍门关闭时振动位移峰峰值-时间图像如下：
图3.12 大鲸港泵站淹没状态下止回装置关闭时振动位移峰峰值-时间图像
从图3.12可以看出，3#（侧翻式拍门）机泵关闭时的振动比9#（悬挂式拍门）略小，8#（液力自动阀）关闭时振动最小。3#比9#振动小的原因在于，虽然所受水流反向作用力影响相当，但侧翻式拍门由于其结构上的优势，关闭时受自身重力影响较小，导致关闭时撞击力减小。液力自动阀振动小的原因在于，它采用大、小阀板快闭、缓闭相结合的方式，有较地延长关闭时间，降低关闭的撞击力。
从以上分析可知，侧翻式拍门比悬挂式拍门振动略小，液力自动阀在减振方面有着比较明显的优势，对于提高泵站的安全运行有着重要意义，尤其是在高水位淹没状态下时，液力自动阀能很好地减小止回装置关闭时对泵站造成的影响。
3.2.3.5 噪声数据分析
1.育新泵站拍门关闭时噪声分析
育新泵站噪声测量数据如下：
表3.15 育新泵站噪声测量数据
从现场测量的数据可以看出：
（1）自然状态时，两种拍门关闭时的噪声都不大，侧翻式拍门（1#）关闭时比悬挂式拍门（2#）噪声更小，原因在于：①虽然侧翻式拍门开启角度大，但关闭时受拍门自身重力的影响较小，只受很小的重力分量的影响，产生的撞击力相对较小；②自由侧翻式拍门采用四扇拍门组合形式，关闭时四扇拍门各自分别关闭，关闭过程延长，起到了较好的缓冲作用。因此，侧翻式拍门关闭时的振动较小，噪声较小。
此外，悬挂式拍门由于使用时间较长，门体和铰链部分存在严重锈蚀，启闭时不够灵活。试验者现场还发现，悬挂式拍门甚至还存在关闭不严的现象。
（2）淹没状态时，两种拍门关闭时的噪声都较大，但悬挂式拍门关闭时比侧翻式拍门噪声更大，原因在于悬挂式拍门关闭时不仅存在反冲水压，还受拍门自身重力的影响，而侧翻式拍门由于其结构特点可忽略拍门自重的影响，再者，大口径侧翻式拍门采用四扇侧翻式拍门组合后，明显地减小了关闭时产生的撞击，从而有较地减弱了振动，降低了噪声。
2.大鲸港泵站拍门关闭时噪声分析
大鲸港泵站噪声测量数据如下：
表3.16 大鲸港泵站噪声测量数据
从现场测量的数据可以看出：
（1）自然状态时，三种阀门关闭时的噪声都不大，悬挂式拍门比侧翻式拍门略大，其原因在于悬挂式拍门由于自身结构特点关闭时受自身重力影响较大。
（2）淹没状态时，三种阀门关闭时，液力自动阀的噪声最小，但悬挂式拍门关闭时和侧翻式拍门的噪声都较大，且悬挂式拍门的噪声更大，原因在于悬挂式拍门受自身重力影响较大，导致关闭瞬间撞击力增大。液力自动阀振动小的原因在于，它采用大、小阀板快闭、缓闭相结合的方式，有较地延长关闭时间，降低关闭的撞击力。
3.2.3.6 能耗效益分析
1.育新泵站能耗效益分析
育新泵站共有4台机组，其单机装机容量为1000kW。2010年1#和2#机组单机总运行时长约550小时，由于育新泵站运行期间处于主汛期，基本是在淹没状态下运行（500小时），自然状态运行时长仅50小时左右。电价为0.4元/度。根据测量数据整理可得下表（注：1#为侧翻式拍门、2#为悬挂式拍门）。
表3.17 育新泵站千吨水耗电量数据对比表
（1）自然状态下的能耗效益分析
从表3.17可以得出，在自然状态下，侧翻式拍门装置比悬挂式拍门抽水效率高0.73%，千吨水耗电量低0.55k W·h/kt，节电率为2.63%。以单台机组自然状态下年运行时长为50小时计，总排水约为1275kt，则悬挂式拍门更新为侧翻式拍门后，单台机组可节约用电约701.25kW·h，节省电费约280.5元。
（2）淹没状态下的能耗效益分析
从表3.17可以得出，在淹没状态下，侧翻式拍门装置比悬挂式拍门抽水效率高6.01%，千吨水耗电量低3.12k W·h/kt，节电率为10.88%。以单台机组淹没状态下年运行时长为500小时计，总排水约为1.16×104kt，则悬挂式拍门更新为侧翻式拍门后，单台机组共可节约用电约3.63万kW·h，节省电费约1.45万元。
根据以上分析可知，在抽水效率及能耗等方面，侧翻式拍门明显优于悬挂式拍门。
对于育新泵站，悬挂式拍门更换成侧翻式拍门后，抽水效率提高0.73%～6.01%，节电率为2.63%～10.88%，以机组单台总运行时长550小时计，单台机组全年可节约用电3.70万kW·h，节省电费约1.48万元。
2.大鲸港泵站能耗效益分析
大鲸港泵站共9台机组，其单机装机容量为180kW，2010年各机组总运行时长3700小时，其中淹没状态下1200小时。其中，3#、8#和9#单台机组年运行时间约411小时，其中自然状态下278小时，淹没状态下133小时。根据测量数据整理可得下表（注：3#为侧翻式拍门、8#为液力自动阀、9#为悬挂式拍门）。
表3.18 大鲸港泵站千吨水耗电量数据对比表
（1）自然状态下的能耗效益分析
从表3.18可以得出，在自然状态下，侧翻式拍门装置比悬挂式拍门抽水效率高2.87%，千吨水耗电量低1.71kW·h/kt，节电率为4.57%。以单台机组（拍门改造前）自然状态下年运行时长为278小时计，总排水约1.07×103kt，则悬挂式拍门更新为侧翻式拍门后，单台机组可节约用电约1830kW·h，节省电费约732元。
从表3.18可以得出，在自然状态下，液力自动阀装置比悬挂式拍门抽水效率低1.25%，千吨水耗电量高1.75kW·h/kt，多耗电4.68%。以单台机组（拍门改造前）自然状态下年运行时长为278小时计，总排水约为1.07×103kt，则悬挂式拍门更新为液力自动阀后，单台机组多耗电约1873kW·h，多用电费约749元。
（2）淹没状态下的能耗效益分析
从表3.18可以得出，在淹没状态下，侧翻式拍门装置比悬挂式拍门抽水效率高1.04%，千吨水耗电量低0.92k W·h/kt，节电率为2.34%。以单台机组（拍门改造前）淹没状态下年运行时长为133小时计算，总排水约为479kt，则悬挂式拍门更新为侧翻式拍门后，单台机组可节约用电约441kW·h，节省电费约176元。
从表3.18可以得出，在淹没状态下，液力自动阀装置比悬挂式拍门抽水效率低2.39%，千吨水耗电量高2.28kW·h/kt，多耗电5.79%。以单台机组（拍门改造前）淹没状态下年运行时长为133小时计算，总排水为479kt，则悬挂式拍门更新为液力自动阀后，单台机组多耗电1092kW·h，多用电费437元。
根据以上分析，在抽水效率及能耗等方面，侧翻式拍门明显优于悬挂式拍门，但液力自动阀相对于悬挂式拍门则更耗电。
对于大鲸港泵站，3#、8#和9#机组以年总运行时长411小时计，其中自然状态下运行278小时，淹没状态下运行133小时，悬挂式拍门更换成侧翻式拍门后，抽水效率提高1.04%～2.87%，节电率为2.34%～4.57%，单台机组全年节约用电2271kW·h，节省电费约908元；悬挂式拍门更换成液力自动阀后，抽水效率降低1.25%～2.39%，多耗电4.68%～5.79%，单台机组全年多耗电2965kW·h，多用电费1 186元。
3.2.3.7 排涝能力及对农业生产影响的效益分析
农业生产受自然环境影响较大，及时地提排湖区内垸中的积水，对于保障人民生活安全，保障农业生产，提高农产品产量等都具有重要意义。湖区主要农产品为水稻，水稻的耐淹能力见表3.19。
表3.19 水稻耐淹能力[19]
下面分别以育新泵站和大鲸港泵站为例，分析止回装置改造后泵站的排涝能力及其对农业生产的影响。参照《大型电力排灌站》，湖南省洞庭湖区机电提排标准中推荐标准为“1d暴雨180～250mm，3d排至作物耐淹水深，设计重现期为10d”。以下分析时，1d暴雨量近似取均值220mm，水稻3d耐淹能力取最低值150mm，见表3.19。另外，根据文献[20]可知，泵站更新改造后，改善部分平均增产约750kg/hm2。
1.育新站排涝能力提高对农业生产影响的效益分析
从表3.17可知，自然状态下，侧翻式拍门装置每小时多排水1000m3，淹没状态下，侧翻式拍门装置每小时多排水2500m3。为计算方便，取平均值1750m3进行计算，参照水稻耐淹能力表及计算假设条件，则单台机组（侧翻式拍门装置）3天内可多改善粮田面积为
则悬挂式拍门改造成侧翻式拍门后，单台机组全年可保障粮食增收约13.5万千克，以水稻收购价110元/50千克计，增加粮食收入约29.7万元。
2.大鲸港站排涝能力提高对农业生产影响的效益分析
从表3.18可知，自然状态和淹没状态下，侧翻式拍门装置每小时多排水都为350m3，参照水稻耐淹能力表及计算假设条件，则单台侧翻式拍门装置3天内可多改善粮田面积为
则悬挂式拍门改造成侧翻式拍门后，单台机组全年可保障粮食增收约2.70万千克，以水稻收购价110元/50千克计，增加粮食收入约5.94万元。
从表3.18可知，自然状态下，液力自动阀装置每小时多排水280m3，淹没状态下，侧翻式拍门装置每小时多排水400m3。为计算方便，取其平均值340m3进行计算，参照水稻耐淹能力表及计算假设条件，则单台机组（侧翻式拍门装置）3天内可多改善粮田面积为
则悬挂式拍门改造成液力自动阀后，单台机组全年可保障粮食增收约2.62万千克，以水稻收购价110元/50千克计，增加粮食收入约5.77万元。
3.2.3.8 减振效益分析
泵站水泵停运时，由于拍门自身重力及反向水压的作用，关闭瞬间产生较大的撞击力，对装置本身的使用寿命及泵站相关设施产生严重影响。
1.育新泵站减振效益分析
由于拍门关闭时会产生撞击，撞击力的大小直接影响到拍门本身及相关的水工基础设施，撞击力的增加，不仅会缩短拍门自身的使用寿命，更严重的是可能对整个机组系统造成损害。水泵停运时，拍门在自身重力及反向水压的作用下，产生较大的撞击力，对泵站相关设施产生严重影响。
在自然状态下两者撞击都较小，产生的振动也较小，但在淹没状态下时，悬挂式拍门产生的撞击力明显大得多，这导致自身使用寿命减少的同时，也增加了相关设施的维护费用。育新泵站原有悬挂式拍门锈蚀比较严重，单张拍门每年直接和间接的日常维护费用高达1万元以上。
综上分析，对于育新泵站，悬挂式拍门改造成侧翻式拍门后，单台机泵每年至少可节省各项费用1万元，且还能延长相关设施的使用寿命。
2.大鲸港泵站减振效益分析
水泵停运时，拍门在自身重力及反向水压的作用下，产生较大的撞击力，对泵站相关设施产生严重影响，不仅会缩短拍门自身的使用寿命，更严重的是可能对整个机组系统造成损害。液力自动阀采用大、小阀板快闭、缓闭相结合的方式，有较地延长了关闭时间，降低了关闭时的撞击力。
到目前为止，大鲸港各止回装置运行基本正常，暂未出现维修情况。但从长远来看，由于关闭时撞击造成的累计影响是不可忽略的。不管从止回装置自身的使用寿命来看，还是从其对整个系统的影响来看，悬挂式拍门都不及侧翻式拍门和液力自动阀。
3.2.3.9 减噪效益分析
噪声污染对人、动物、仪器仪表以及建筑物均构成一定程度的危害。
根据表3.15可知，无论是自然状态（1#为49.40LdB，2#为57.24LdB），还是淹没状态（1#为87.13LdB，2#为112.45LdB），侧翻式拍门关闭时的噪声都要低于悬挂式拍门，也就是说，侧翻式拍门在减小振动、降低噪声方面优于悬挂式拍门。
根据表3.16可知，无论是自然状态（3#为63.46LdB，9#为66.02LdB），还是淹没状态（3#为86.53LdB，9#为97.92LdB），侧翻式拍门关闭时的噪声都要低于悬挂式拍门，也就是说，侧翻式拍门在减小振动、降低噪声方面优于悬挂式拍门。而液力自动阀，无论是自然状态（8#为55.29LdB），还是淹没状态（8#为62.32LdB），振动和噪声都是最小的，也就是说，从减小振动、降低噪声方面来看，液力自动阀要明显优于侧翻式拍门和悬挂式拍门。
可见，将悬挂式拍门改造成侧翻式拍门或液力自动阀，能有效降低关闭时产生的噪声，从而减少对周围环境的噪声污染，具有一定的社会效益。
3.2.3.10 应用前景分析
为了结合本次试验研究，分析节能型节能效果及效益，将湖区泵站按单台套机组装机容量大小分为两类：第一类是单台装机在800kW及以上的机组，定义为Ⅰ类机组，以育新泵站1000kW机组为代表，湖区排涝泵站中约10万kW机组属于Ⅰ类机组；第二类是单台装机在800kW以下的机组，定义为Ⅱ类机组，以大鲸港泵站180kW机组为代表，湖区排涝泵站中约60万kW机组属于Ⅱ类机组。
通过对育新泵站和大鲸港泵站的试验及结果分析，并以此类推到整个湖区（若Ⅰ类机组全部将悬挂式拍门改造成类似于侧翻式拍门的止回装置，Ⅱ类机组全部将悬挂式拍门改造成类似于侧翻式拍门和液力自动阀的止回装置），可得到以下结论：
（1）能耗效益方面。类似侧翻式拍门的装置在节能降耗方面效益相当显著，液力自动阀则在能耗方面稍有不足；
（2）排涝能力及对农业生产的影响方面。对整个湖区进行止回装置改造，农业生产效益明显得到提高。改造后，可保障水稻增收约1.01～1.03亿千克，保障农民粮食收入增加2.22～2.27亿元。
（3）减振效益方面。对整个湖区进行止回装置改造，减振效益非常明显，整个湖区每年可节省各项维护费用1100～1850万元。拍门装置关闭时振动明显较强，尤其是在高水位淹没状态下，不利于泵站的安全运行，类似于液力自动阀的止回装置在减小振动、提高泵站安全运行率方面有着明显优势。
（4）减噪效益方面。改造后，可有效降低拍门关闭时产生的噪声，降低对周围环境的声污染，具有一定的社会效益。
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