對低揚程潛水軸流泵站設計中的幾點建議

對低揚程潛水軸流泵站設計中的幾點建議

摘要:該文通過對汕頭某排澇站出現劇烈振動的原因分析，提出了低揚程潛水軸流泵站設計中應該注意的幾點建議；以供參考。

關鍵詞:泵站；振動；低揚程；軸流泵；原因分析
　　
　　
　　1、前言
　　泵站作為取水輸水工程的一個重要部分，已在機電排灌、城鄉給排水、工礦企業供水和排水等工農業生產和水利工程建設等各方面得到了廣泛應用，隨著我國工業的日益發達，冶金技術的進步，潛水電機的加工制造技術已相當成熟，大中型潛水泵的發展越來越快，被廣泛應用在工農業生產和水利工程建設中。
　　
　　2、問題的提出
　　
　　汕頭某排澇站選用4臺大口徑的軸流潛水泵，在土建及機電安裝完畢后，拆除內圍堰，保留外圍堰，關閉自排閘。從外江抽水回灌，使泵出口水位達到設計外水位高程，然后，開機試運行（井蓋未封閉情況下），把自排閘閘門打開，使抽出去的水通過自排閘流回內排渠，采取如此方式試運行，結果皆大歡喜，未見有任何問題，工程結束約半年后，一次大暴雨，使內排渠水位升高，自排不能滿足要求的情況下，管理人員開機抽水，結果大吃一驚，水泵一啟動，劇烈震動，噪音很大，明顯感覺到電機層在跳動，整個廠房都在晃動，4臺機組一一啟動，皆是如此。停機檢查，發現，其中一臺機組葉片受損，原因流道留有一條鋼筋未清除，其余3臺葉片完好，但可怕的是所有地腳螺栓均出現松動扭曲，嚴重的已被剪斷，其中一臺機組較為嚴重，僅僅剩下兩支嚴重扭彎的螺栓，其余均被剪斷。
　　
　　3、問題分析
　　
　　⑴、本工程設計大師認為：導致機組和泵房建筑物產生振動的原因較多，有些因素之間既有聯系又相互作用，概括起來主要有以下4個方面的原因。
　　a.電氣方面：電機是機組的主要設備，電機內部磁力不平衡和其它電氣系統的失調，常引起振動和噪音。如異步電動機在運行中，由定轉子齒諧波磁通相互作用而產生的定轉子間徑向交變磁拉力，或大型同步電機在運行中，定轉子磁力中心不一致或各個方向上氣隙差超過允許偏差值等，都可能引起電機周期性振動并發出噪音。b.機械方面：電機和水泵轉動部件質量不平衡、粗制濫造，安裝質量不良，機組軸線不對稱，擺度超過允許值，零部件的機械強度和剛度較差，軸承和密封部件磨損破壞，以及水泵臨界轉速出現與機組固有頻率一直引起的共振等，都會產生強烈的振動和噪音。c：水力方面：水泵進口流速和壓力分布不均勻，泵進出口工作液體的壓力脈動、液體繞流、偏流和脫流，非定額工況以及各種原因引起的水泵汽蝕等，都是常見的引起泵機組振動的原因。水泵啟動和停機、閥門啟閉、工況改變以及事故緊急停機等動態過渡過程造成的輸水管道內壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導致泵房和機組產生振動。d：水工及其它方面：機組進水流道設計不合理或與機組不配套，水泵淹沒深度不當，以及機組啟動和停機順序不合理等，都會使進水條件惡化，產生漩渦，誘發汽蝕或加重機組及泵房振動。采用破壞虹吸真空斷流的機組在啟動時，若駝峰段空氣挾帶困難，形成虹吸時間過長；拍門斷流的機組拍門設計不合理，時開時閉，不斷撞擊拍門座；支撐水泵和電機的基礎發生不均勻沉陷或基礎的剛性較差等原因，也都會導致機組發生振動。
　　最后，他認為本工程施工圖紙設計時，是按照水泵廠家提供的資料進行設計，流道修改部分經過水泵廠家的同意，一切責任由水泵廠家負責。
　　⑵、水泵廠家聲稱，該水泵型號及流道是由某一流大學的教授專家設計發明的，并獲得專利，沒有任何問題。
　　⑶、本人和幾個退休的小水電專家一起，通過仔細查看施工圖設計資料及現場查看，發現以下幾個問題：a.井蓋上面沒有通氣管，b.施工圖設計泵選型設計揚程為3.6m，校核揚程為4.1m，而此時，內、外江水位幾乎持平，而且，管理人員說有時大暴雨過后，內排渠水位比外江高，但此時自排閘自流不能滿足要求，要啟動水泵抽水，此時運行，泵的揚程小于0.8m。c：泵不位于砼井筒中心，d：進水流道有90°的縱傾角，從縱傾角處至機組中心線距離過小，小于4D（D為水泵進口直徑），e：出口拍門關閉不嚴，有漏水現象。
于是，提出幾點建議：ⅰ、井筒蓋開機運行，結果發現廠房不再晃動，震動減小，但震動仍很劇烈，樓板振幅依然很大；ⅱ、把水泵葉片轉角調小至-4°試驗，結果，震動大大減小，廠房建筑物幾乎不再受影響；
　　原因分析：①、一般井筒上面都會有通氣管，本工程施工圖設計時，把出水管高程降低，使井筒上方有較大空間，使井蓋部位成為出水管道的最高點，應有補氣裝置，建議每臺機組裝設一條φ150的通氣管，通往廠房外，結果，裝設φ50后， 運行時，把收手放在管口，能明顯感覺到有大量空氣進入，說明φ50有點偏小。②、原設計時選用水泵的揚程過大，與實際運行時的揚程相差很大，如果更換全套機組，各方損失都很大，于是建議把泵葉片調至-4°，使水泵揚程降低，后與水泵廠家技術部聯系商討，最終調至-6°（水泵廠家樣本上未有-6°曲線）。③、由于泵不位于井筒中心，偏離過大，打開井蓋運行時，發現井筒內有輕微的繞流現象；④、進水前池有渦旋回流現象，而且從井筒水位看，忽高忽低，還會有輕微爆破的聲音，說明有氣蝕發生；進水流道有90°的縱傾角，從縱傾角處至機組中心線距離過小，小于4D（D為水泵進口直徑），應該是其原因之一，另外還應考慮由于流量的增大，進口的淹沒深度應增大以及進水流道是否有雜物等原因；
　　結論：通過對井蓋加設通氣管及對葉片的角度調整，基本上能夠滿足機組的安全運行，但是，問題還有存在，運行效率低，浪費能源，相關人員還應該進一步進行處理，主要是對進、出水流道的改進。
　　
　　4、建議
　　
　　⑴、應該從思想上重視泵站設計，尤其是水泵選型的重要性，非專業人員更是需要慎重，而不是大膽就能設計。水泵選型應遵守以下原則：i、必須根據生產的需要滿足流量和揚程（或壓力）的要求；ⅱ、水泵應在高效率范圍內運行；ⅲ、水泵在長期運行中，泵站效率較高，能量消耗少，運行費用較低；ⅳ、按所選的水泵型號和臺數建站，工程投資較少；ⅴ、在設計標準的各種工況下，水泵機組能正常安全運行，即不允許發生氣蝕、振動和超載現象。ⅵ、便于安裝、維修和運行管理。
　　⑵、特征水位及特征揚程的選取及計算要準確；選泵應在平均揚程時，水泵在高效率區運行，在最高與最低揚程時，水泵應能安全、穩定運行；如揚程變化較大，不能滿足上述條件時，應考慮泵站裝設不同機型的水泵或采用其他能滿足揚程變化的泵站型式。
　　⑶、設計中若遇到需修改廠家原定型設計時，應該書面與其廠家技術部負責人商討，并應仔細考慮修改后的影響，不應僅僅口頭上的交流，更應杜絕僅與銷售人員溝通，而私自定論。若有條件，建議與有關專家商討之后，再作合適的修改。
　　⑷、應高度重視規范中以下幾點的要求：ⅰ、出口流速不宜大于1.5m/s，（出口裝有拍門時，不宜大于2.0m/s）；ⅱ、進口斷面處流速宜取0.8~1.0m/s；iii、出水管道線路較長時，應在管線最高處設置排（補）氣閥，其數量和直徑應經計算確

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