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對低揚程潛水軸流泵站設計中的幾點(diǎn)建議
摘要:該文通過(guò)對汕頭某排澇站出現劇烈振動(dòng)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(diǎn)建議；以供參考。
關(guān)鍵詞:泵站；振動(dòng)；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(gè)重要部分，已在機電排灌、城鄉給排水、工礦企業(yè)供水和排水等工農業(yè)生產(chǎn)和水利工程建設等各方面得到了廣泛應用，隨著(zhù)我國工業(yè)的日益發(fā)達，冶金技術(shù)的進(jìn)步，潛水電機的加工制造技術(shù)已相當成熟，大中型潛水泵的發(fā)展越來(lái)越快，被廣泛應用在工農業(yè)生產(chǎn)和水利工程建設中。
2、問(wèn)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(guān)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(kāi)機試運行（井蓋未封閉情況下），把自排閘閘門(mén)打開(kāi)，使抽出去的水通過(guò)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(jiàn)有任何問(wèn)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(mǎn)足要求的情況下，管理人員開(kāi)機抽水，結果大吃一驚，水泵一啟動(dòng)，劇烈震動(dòng)，噪音很大，明顯感覺(jué)到電機層在跳動(dòng)，整個(gè)廠(chǎng)房都在晃動(dòng)，4臺機組一一啟動(dòng)，皆是如此。停機檢查，發(fā)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(dòng)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(wèn)題分析
�、�、本工程設計大師認為：導致機組和泵房建筑物產(chǎn)生振動(dòng)的原因較多，有些因素之間既有聯(lián)系又相互作用，概括起來(lái)主要有以下4個(gè)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(dòng)和噪音。如異步電動(dòng)機在運行中，由定轉子齒諧波磁通相互作用而產(chǎn)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(gè)方向上氣隙差超過(guò)允許偏差值等，都可能引起電機周期性振動(dòng)并發(fā)出噪音。b.機械方面：電機和水泵轉動(dòng)部件質(zhì)量不平衡、粗制濫造，安裝質(zhì)量不良，機組軸線(xiàn)不對稱(chēng)，擺度超過(guò)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(huì )產(chǎn)生強烈的振動(dòng)和噪音。c：水力方面：水泵進(jìn)口流速和壓力分布不均勻，泵進(jìn)出口工作液體的壓力脈動(dòng)、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(jiàn)的引起泵機組振動(dòng)的原因。水泵啟動(dòng)和停機、閥門(mén)啟閉、工況改變以及事故緊急停機等動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)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(chǎn)生振動(dòng)。d：水工及其它方面：機組進(jìn)水流道設計不合理或與機組不配套，水泵淹沒(méi)深度不當，以及機組啟動(dòng)和停機順序不合理等，都會(huì )使進(jìn)水條件惡化，產(chǎn)生漩渦，誘發(fā)汽蝕或加重機組及泵房振動(dòng)。采用破壞虹吸真空斷流的機組在啟動(dòng)時(shí)，若駝峰段空氣挾帶困難，形成虹吸時(shí)間過(guò)長(cháng)；拍門(mén)斷流的機組拍門(mén)設計不合理，時(shí)開(kāi)時(shí)閉，不斷撞擊拍門(mén)座；支撐水泵和電機的基礎發(fā)生不均勻沉陷或基礎的剛性較差等原因，也都會(huì )導致機組發(fā)生振動(dòng)。
最后，他認為本工程施工圖紙設計時(shí)，是按照水泵廠(chǎng)家提供的資料進(jìn)行設計，流道修改部分經(jīng)過(guò)水泵廠(chǎng)家的同意，一切責任由水泵廠(chǎng)家負責。
�、�、水泵廠(chǎng)家聲稱(chēng)，該水泵型號及流道是由某一流大學(xué)的教授專(zhuān)家設計發(fā)明的，并獲得專(zhuān)利，沒(méi)有任何問(wèn)題。
�、�、本人和幾個(gè)退休的小水電專(zhuān)家一起，通過(guò)仔細查看施工圖設計資料及現場(chǎng)查看，發(fā)現以下幾個(gè)問(wèn)題：a.井蓋上面沒(méi)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(shí)，內、外江水位幾乎持平，而且，管理人員說(shuō)有時(shí)大暴雨過(guò)后，內排渠水位比外江高，但此時(shí)自排閘自流不能滿(mǎn)足要求，要啟動(dòng)水泵抽水，此時(shí)運行，泵的揚程小于0.8m。c：泵不位于砼井筒中心，d：進(jìn)水流道有90°的縱傾角，從縱傾角處至機組中心線(xiàn)距離過(guò)小，小于4D（D為水泵進(jìn)口直徑），e：出口拍門(mén)關(guān)閉不嚴，有漏水現象。
于是，提出幾點(diǎn)建議：ⅰ、井筒蓋開(kāi)機運行，結果發(fā)現廠(chǎng)房不再晃動(dòng)，震動(dòng)減小，但震動(dòng)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(dòng)大大減小，廠(chǎng)房建筑物幾乎不再受影響；
原因分析：①、一般井筒上面都會(huì )有通氣管，本工程施工圖設計時(shí)，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(diǎn)，應有補氣裝置，建議每臺機組裝設一條φ150的通氣管，通往廠(chǎng)房外，結果，裝設φ50后， 運行時(shí)，把收手放在管口，能明顯感覺(jué)到有大量空氣進(jìn)入，說(shuō)明φ50有點(diǎn)偏小。②、原設計時(shí)選用水泵的揚程過(guò)大，與實(shí)際運行時(shí)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(chǎng)家技術(shù)部聯(lián)系商討，最終調至-6°（水泵廠(chǎng)家樣本上未有-6°曲線(xiàn)）。③、由于泵不位于井筒中心，偏離過(guò)大，打開(kāi)井蓋運行時(shí)，發(fā)現井筒內有輕微的繞流現象；④、進(jìn)水前池有渦旋回流現象，而且從井筒水位看，忽高忽低，還會(huì )有輕微爆破的聲音，說(shuō)明有氣蝕發(fā)生；進(jìn)水流道有90°的縱傾角，從縱傾角處至機組中心線(xiàn)距離過(guò)小，小于4D（D為水泵進(jìn)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(jìn)口的淹沒(méi)深度應增大以及進(jìn)水流道是否有雜物等原因；
結論：通過(guò)對井蓋加設通氣管及對葉片的角度調整，基本上能夠滿(mǎn)足機組的安全運行，但是，問(wèn)題還有存在，運行效率低，浪費能源，相關(guān)人員還應該進(jìn)一步進(jìn)行處理，主要是對進(jìn)、出水流道的改進(jìn)。
4、建議
�、�、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(zhuān)業(yè)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(chǎn)的需要滿(mǎn)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(cháng)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(fā)生氣蝕、振動(dòng)和超載現象。ⅵ、便于安裝、維修和運行管理。
�、�、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(shí)，水泵在高效率區運行，在最高與最低揚程時(shí)，水泵應能安全、穩定運行；如揚程變化較大，不能滿(mǎn)足上述條件時(shí)，應考慮泵站裝設不同機型的水泵或采用其他能滿(mǎn)足揚程變化的泵站型式。
�、�、設計中若遇到需修改廠(chǎng)家原定型設計時(shí)，應該書(shū)面與其廠(chǎng)家技術(shù)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(xiāo)售人員溝通，而私自定論。若有條件，建議與有關(guān)專(zhuān)家商討之后，再作合適的修改。
�、�、應高度重視規范中以下幾點(diǎn)的要求：ⅰ、出口流速不宜大于1.5m/s，（出口裝有拍門(mén)時(shí)，不宜大于2.0m/s）；ⅱ、進(jìn)口斷面處流速宜取0.8~1.0m/s；iii、出水管道線(xiàn)路較長(cháng)時(shí)，應在管線(xiàn)最高處設置排（補）氣閥，其數量和直徑應經(jīng)計算確
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