对低扬程潜水轴流泵站设计中的几点建议

对低扬程潜水轴流泵站设计中的几点建议

摘要:该文通过对汕头某排涝站出现剧烈振动的原因分析，提出了低扬程潜水轴流泵站设计中应该注意的几点建议；以供参考。

关键词:泵站；振动；低扬程；轴流泵；原因分析
　　
　　
　　1、前言
　　泵站作为取水输水工程的一个重要部分，已在机电排灌、城乡给排水、工矿企业供水和排水等工农业生产和水利工程建设等各方面得到了广泛应用，随着我国工业的日益发达，冶金技术的进步，潜水电机的加工制造技术已相当成熟，大中型潜水泵的发展越来越快，被广泛应用在工农业生产和水利工程建设中。
　　
　　2、问题的提出
　　
　　汕头某排涝站选用4台大口径的轴流潜水泵，在土建及机电安装完毕后，拆除内围堰，保留外围堰，关闭自排闸。从外江抽水回灌，使泵出口水位达到设计外水位高程，然后，开机试运行（井盖未封闭情况下），把自排闸闸门打开，使抽出去的水通过自排闸流回内排渠，采取如此方式试运行，结果皆大欢喜，未见有任何问题，工程结束约半年后，一次大暴雨，使内排渠水位升高，自排不能满足要求的情况下，管理人员开机抽水，结果大吃一惊，水泵一启动，剧烈震动，噪音很大，明显感觉到电机层在跳动，整个厂房都在晃动，4台机组一一启动，皆是如此。停机检查，发现，其中一台机组叶片受损，原因流道留有一条钢筋未清除，其余3台叶片完好，但可怕的是所有地脚螺栓均出现松动扭曲，严重的已被剪断，其中一台机组较为严重，仅仅剩下两支严重扭弯的螺栓，其余均被剪断。
　　
　　3、问题分析
　　
　　⑴、本工程设计大师认为：导致机组和泵房建筑物产生振动的原因较多，有些因素之间既有联系又相互作用，概括起来主要有以下4个方面的原因。
　　a.电气方面：电机是机组的主要设备，电机内部磁力不平衡和其它电气系统的失调，常引起振动和噪音。如异步电动机在运行中，由定转子齿谐波磁通相互作用而产生的定转子间径向交变磁拉力，或大型同步电机在运行中，定转子磁力中心不一致或各个方向上气隙差超过允许偏差值等，都可能引起电机周期性振动并发出噪音。b.机械方面：电机和水泵转动部件质量不平衡、粗制滥造，安装质量不良，机组轴线不对称，摆度超过允许值，零部件的机械强度和刚度较差，轴承和密封部件磨损破坏，以及水泵临界转速出现与机组固有频率一直引起的共振等，都会产生强烈的振动和噪音。c：水力方面：水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水泵汽蚀等，都是常见的引起泵机组振动的原因。水泵启动和停机、阀门启闭、工况改变以及事故紧急停机等动态过渡过程造成的输水管道内压力急剧变化和水锤作用等，也常常导致泵房和机组产生振动。d：水工及其它方面：机组进水流道设计不合理或与机组不配套，水泵淹没深度不当，以及机组启动和停机顺序不合理等，都会使进水条件恶化，产生漩涡，诱发汽蚀或加重机组及泵房振动。采用破坏虹吸真空断流的机组在启动时，若驼峰段空气挟带困难，形成虹吸时间过长；拍门断流的机组拍门设计不合理，时开时闭，不断撞击拍门座；支撑水泵和电机的基础发生不均匀沉陷或基础的刚性较差等原因，也都会导致机组发生振动。
　　最后，他认为本工程施工图纸设计时，是按照水泵厂家提供的资料进行设计，流道修改部分经过水泵厂家的同意，一切责任由水泵厂家负责。
　　⑵、水泵厂家声称，该水泵型号及流道是由某一流大学的教授专家设计发明的，并获得专利，没有任何问题。
　　⑶、本人和几个退休的小水电专家一起，通过仔细查看施工图设计资料及现场查看，发现以下几个问题：a.井盖上面没有通气管，b.施工图设计泵选型设计扬程为3.6m，校核扬程为4.1m，而此时，内、外江水位几乎持平，而且，管理人员说有时大暴雨过后，内排渠水位比外江高，但此时自排闸自流不能满足要求，要启动水泵抽水，此时运行，泵的扬程小于0.8m。c：泵不位于砼井筒中心，d：进水流道有90°的纵倾角，从纵倾角处至机组中心线距离过小，小于4D（D为水泵进口直径），e：出口拍门关闭不严，有漏水现象。
于是，提出几点建议：ⅰ、井筒盖开机运行，结果发现厂房不再晃动，震动减小，但震动仍很剧烈，楼板振幅依然很大；ⅱ、把水泵叶片转角调小至-4°试验，结果，震动大大减小，厂房建筑物几乎不再受影响；
　　原因分析：①、一般井筒上面都会有通气管，本工程施工图设计时，把出水管高程降低，使井筒上方有较大空间，使井盖部位成为出水管道的最高点，应有补气装置，建议每台机组装设一条φ150的通气管，通往厂房外，结果，装设φ50后， 运行时，把收手放在管口，能明显感觉到有大量空气进入，说明φ50有点偏小。②、原设计时选用水泵的扬程过大，与实际运行时的扬程相差很大，如果更换全套机组，各方损失都很大，于是建议把泵叶片调至-4°，使水泵扬程降低，后与水泵厂家技术部联系商讨，最终调至-6°（水泵厂家样本上未有-6°曲线）。③、由于泵不位于井筒中心，偏离过大，打开井盖运行时，发现井筒内有轻微的绕流现象；④、进水前池有涡旋回流现象，而且从井筒水位看，忽高忽低，还会有轻微爆破的声音，说明有气蚀发生；进水流道有90°的纵倾角，从纵倾角处至机组中心线距离过小，小于4D（D为水泵进口直径），应该是其原因之一，另外还应考虑由于流量的增大，进口的淹没深度应增大以及进水流道是否有杂物等原因；
　　结论：通过对井盖加设通气管及对叶片的角度调整，基本上能够满足机组的安全运行，但是，问题还有存在，运行效率低，浪费能源，相关人员还应该进一步进行处理，主要是对进、出水流道的改进。
　　
　　4、建议
　　
　　⑴、应该从思想上重视泵站设计，尤其是水泵选型的重要性，非专业人员更是需要慎重，而不是大胆就能设计。水泵选型应遵守以下原则：i、必须根据生产的需要满足流量和扬程（或压力）的要求；ⅱ、水泵应在高效率范围内运行；ⅲ、水泵在长期运行中，泵站效率较高，能量消耗少，运行费用较低；ⅳ、按所选的水泵型号和台数建站，工程投资较少；ⅴ、在设计标准的各种工况下，水泵机组能正常安全运行，即不允许发生气蚀、振动和超载现象。ⅵ、便于安装、维修和运行管理。
　　⑵、特征水位及特征扬程的选取及计算要准确；选泵应在平均扬程时，水泵在高效率区运行，在最高与最低扬程时，水泵应能安全、稳定运行；如扬程变化较大，不能满足上述条件时，应考虑泵站装设不同机型的水泵或采用其他能满足扬程变化的泵站型式。
　　⑶、设计中若遇到需修改厂家原定型设计时，应该书面与其厂家技术部负责人商讨，并应仔细考虑修改后的影响，不应仅仅口头上的交流，更应杜绝仅与销售人员沟通，而私自定论。若有条件，建议与有关专家商讨之后，再作合适的修改。
　　⑷、应高度重视规范中以下几点的要求：ⅰ、出口流速不宜大于1.5m/s，（出口装有拍门时，不宜大于2.0m/s）；ⅱ、进口断面处流速宜取0.8~1.0m/s；iii、出水管道线路较长时，应在管线最高处设置排（补）气阀，其数量和直径应经计算确

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