泵站水機(jī)設(shè)備選型與布置設(shè)計(jì)探析

王豐

（重慶同望水利水電工程設(shè)計(jì)有限公司 重慶渝北 401120）

泵站水機(jī)設(shè)備選型與布置設(shè)計(jì)探析

王豐

（重慶同望水利水電工程設(shè)計(jì)有限公司 重慶渝北 401120）

眾所周知，無論在各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)，水泵的應(yīng)用范圍都十分廣泛，被稱為通用機(jī)械。顯而易見的對(duì)于泵站的設(shè)計(jì)在整個(gè)規(guī)劃中就顯得尤為重要。而作為泵站布局重要方面的水機(jī)設(shè)備選型而言，其選型與布置設(shè)計(jì)好壞直接影響到泵站技術(shù)的改造，安裝和運(yùn)行等方面，本文從專業(yè)的技術(shù)角度出發(fā)，闡述了水機(jī)設(shè)備選型與布置設(shè)計(jì)，并對(duì)泵站水機(jī)設(shè)備在日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題做出了總結(jié)并加以分析解決，無論對(duì)前期設(shè)計(jì)工作者還是現(xiàn)場(chǎng)管理人員都有一定的借鑒意義。

泵站水機(jī)；設(shè)備選型；布置設(shè)計(jì)

我國(guó)農(nóng)田灌溉按水源水位與耕地高程之間的關(guān)系，可分為自流灌溉和提水灌溉兩個(gè)部分，其中提水灌溉主要還是依靠泵站來完成，所以泵站設(shè)計(jì)在灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)有著不可替代的地位，而在泵站設(shè)計(jì)過程中，水機(jī)設(shè)備選型乃重中之重，其選型與布置直接對(duì)泵站技術(shù)的改造，安裝和運(yùn)行等諸多方面造成影響。

1 泵站在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行階段出現(xiàn)的問題

由于設(shè)計(jì)工況、施工現(xiàn)場(chǎng)工況不同，泵站自身性能不同，所以泵站在安裝和試運(yùn)行過程中總會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的的問題，綜合整理如下：①實(shí)際選用水泵的流量和效率未按設(shè)計(jì)工況來規(guī)劃，甚至低于設(shè)計(jì)工況的參數(shù)，從而極大的影響了過流部件的使用壽命，例如泵體密封環(huán)和葉輪等易損部件；②與水泵相配套的電機(jī)實(shí)際功率大于額定功率，出現(xiàn)過載現(xiàn)象；③位于進(jìn)口和出口位置的泵體閥門無法正常開啟和關(guān)閉；④位于出水位置的緩閉止回閥容易發(fā)生爆裂；⑤在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中，由于水泵發(fā)生位移而導(dǎo)致進(jìn)水側(cè)法蘭出現(xiàn)拉裂，致使水泵報(bào)廢。這些問題的出現(xiàn)，給泵站實(shí)際運(yùn)行帶來了極大的安全隱患。

2 泵站在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題原因分析

結(jié)合泵站多年來在安裝及施工方面的運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的諸多問題與水機(jī)設(shè)備的選型和管網(wǎng)布置有很大關(guān)聯(lián)。

2.1 水泵的選型問題

由于水泵的實(shí)際揚(yáng)程高于額定揚(yáng)程，其實(shí)際運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)發(fā)生左移，從而導(dǎo)致流量下降，不能滿足設(shè)計(jì)值要求：選用設(shè)備時(shí)，由于水泵類型為切削葉輪外徑的，所以實(shí)際能耗過高，嚴(yán)重降低水泵效率；又例如在提水灌溉工程中，施工時(shí)由于未考慮到實(shí)際工況，選用了清水泵，而這種水泵的葉輪水力形線在設(shè)計(jì)中和河流的水質(zhì)流態(tài)不相符，不但材質(zhì)抗磨蝕性不能達(dá)到局部要求，更由于河流的泥沙較多，極大的縮短了主要過流部件的使用時(shí)間：通過這一工程實(shí)例說明：在前期設(shè)計(jì)時(shí)一定要對(duì)河流實(shí)際水質(zhì)特征及水泵現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)充分考慮清楚，尤其是水泵的實(shí)際揚(yáng)程和流量變化情況以及效率和能耗問題，都要一一分析，否則在實(shí)際運(yùn)行期間問題會(huì)層出不窮。

2.2 對(duì)于閥門的選型

泵站水泵由于在進(jìn)、出口的位置設(shè)置了閘閥進(jìn)行控制，當(dāng)出現(xiàn)單面受壓的情況時(shí)容易增大摩擦阻力，從而導(dǎo)致銅螺母失效，閥板也隨之發(fā)生脫落，閥門不能正常啟閉。位于出水位置的緩閉止回閥，由于自身的慢關(guān)角度小，在實(shí)際運(yùn)行過程中單靠水壓緩閉機(jī)構(gòu)對(duì)慢關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制容易造成誤差，水錘一旦升壓，不能及時(shí)控制水錘波就會(huì)直接導(dǎo)致閥門爆裂，如現(xiàn)場(chǎng)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)便會(huì)出現(xiàn)泵房被水淹沒的重大事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 在裝置布置方面的設(shè)計(jì)

由于在前期設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到伸縮器，對(duì)于管道安裝過程中出現(xiàn)的焊接應(yīng)力無法消除，直接對(duì)管道強(qiáng)度較弱部位產(chǎn)生威脅，比如造成水泵出水法蘭的拉裂：由于水泵在進(jìn)水和出水側(cè)分別設(shè)計(jì)了穿墻套管和套管伸縮器，水泵在實(shí)際運(yùn)行過程中容易受推力作用而發(fā)生位移，致使機(jī)組振動(dòng)，從而整個(gè)工程無法正常投入運(yùn)行。以上雖然僅僅是幾個(gè)簡(jiǎn)單的選型問題，但是對(duì)提灌工程而言，在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)其造成的影響是不可估量的。

3 解決問題的方法

3.1 水力機(jī)械選型方面

3.1.1 水泵的選型

①性能參數(shù)。在設(shè)計(jì)時(shí)水泵的額定揚(yáng)程應(yīng)該等于或比實(shí)際揚(yáng)程略大，比如，當(dāng)水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)位于額定點(diǎn)或右側(cè)位置，在高效區(qū)位置，如果水泵的實(shí)際流量和額定流量等同或略大，將會(huì)便于對(duì)泵站流量的實(shí)時(shí)調(diào)配和控制。對(duì)于水泵的額定流量，應(yīng)該在水泵裝置流量所提出的設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，在不對(duì)效率產(chǎn)生影響的前提下，通過對(duì)葉輪設(shè)計(jì)的改變來對(duì)流量進(jìn)行調(diào)整?？紤]到水泵的安全運(yùn)行因素，應(yīng)該保持額定轉(zhuǎn)速較低的狀態(tài)。對(duì)于技改的泵站要綜合考慮水泵自身特征情況來選用額定轉(zhuǎn)速，如果遇到需要提速的情況，應(yīng)慎重考慮。②材料和結(jié)構(gòu)。鑒于泵體和泵蓋的重要作用，在材料選擇方面，必須要具備較好的抗磨蝕性。以提水泵站為例，水泵的葉輪水力形線在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)上應(yīng)和河流的水質(zhì)流態(tài)相符，并且經(jīng)過驗(yàn)證，不斷改進(jìn)的鋼板材質(zhì)焊接葉輪兼具抗磨蝕性以及可修復(fù)特性，滿足其在實(shí)際運(yùn)行中的技術(shù)要求。通過試驗(yàn)，應(yīng)努力提高泵軸剛度。

3.1.2 對(duì)于進(jìn)水口閥門的選型

對(duì)于進(jìn)水閥門而言，由于雙偏或三偏心蝶閥，在密封性、操作性以及安全運(yùn)行性方面比其他閘閥更具優(yōu)勢(shì)，所以更適用于進(jìn)水閥門，其選型時(shí)也應(yīng)從性能參數(shù)和材料結(jié)構(gòu)方面加以考慮。對(duì)于性能參數(shù)來說，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際過程中總結(jié)出的實(shí)際問題來選定公稱壓力。例如，在水泵做例行檢修對(duì)進(jìn)水閥門關(guān)閉時(shí)，出水側(cè)閥門會(huì)因?yàn)槊芊夤收隙l(fā)回水，在這種情況下水泵的進(jìn)水閥閥后壓力極有可能達(dá)到水泵正常工作壓，甚至導(dǎo)致水錘波傳遞，進(jìn)而引發(fā)閥門爆裂。綜上案例，公稱壓力應(yīng)略大于水泵的額定揚(yáng)程。對(duì)于材料及結(jié)構(gòu)而言，以河流水質(zhì)工況為例，在這種情況下，閥門的主要密封應(yīng)該體現(xiàn)在防銹蝕和密封性，也可兼具可修復(fù)性。對(duì)于軸部密封要保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在防泥沙和銹蝕的同時(shí)要做到不卡軸。對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)而言，要做到啟閉靈活，雙蝸桿結(jié)構(gòu)是首選。

3.1.3 對(duì)于出水口閥門的選型

通過高揚(yáng)程泵站實(shí)踐運(yùn)行證明，在啟閉性和密封性以及流阻系數(shù)方面，液控緩閉蝶閥均能夠滿足其運(yùn)行要求。在性能參數(shù)方面。公稱壓力的選擇應(yīng)大于水泵額定揚(yáng)程。公稱通徑應(yīng)該根據(jù)水泵的出水管道2～3m/s的流速來選取。對(duì)于材料及結(jié)構(gòu)方面，以河流水質(zhì)工況為試驗(yàn)，在這種情況下，閥門的主要密封應(yīng)該體現(xiàn)在防銹蝕和密封性，也可兼具可修復(fù)性。對(duì)于軸部密封要保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在防泥沙和銹蝕的同時(shí)要做到不卡軸。對(duì)于可調(diào)可靠的一階段開啟后，具備可調(diào)快、慢關(guān)關(guān)閉功能以及對(duì)泵站突發(fā)事故的失電自動(dòng)關(guān)閉功能，能夠?qū)λ玫罐D(zhuǎn)速度和水錘波升壓現(xiàn)象得到有效控制。

3.2 水泵裝置布置設(shè)計(jì)

對(duì)于水泵的裝置布置設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮，考慮的方面不外乎安裝、運(yùn)行和維護(hù)這些方面。為了緩解水泵運(yùn)行時(shí)急劇產(chǎn)生的進(jìn)水側(cè)推力，在泵房前池?fù)鯄ξ恢脩?yīng)安置剛性穿墻套管，既可以防止水泵發(fā)生運(yùn)行位移又具有防滲功能。在泵房后墻位置安放穿墻柔性套管可以方便對(duì)水機(jī)設(shè)備和金屬管道溫度的調(diào)節(jié)。在進(jìn)出水閥與水泵間放置半固定式的套管伸縮器，一方面可以消除焊接應(yīng)力，緩解設(shè)備移位和因此帶來的拉傷問題。另一方面更加方便對(duì)于水泵以及其進(jìn)出口閥門的檢修維護(hù)。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)泵站水機(jī)設(shè)備在選型與布置設(shè)計(jì)方面的闡述，結(jié)合相關(guān)案例加以分析說明，更加便于現(xiàn)場(chǎng)管理運(yùn)行人員對(duì)復(fù)雜工況點(diǎn)的管理。為了避免后期試運(yùn)行過程中的出現(xiàn)失誤，必須在設(shè)計(jì)階段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況情況進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)劃，減少能耗的同時(shí)確保現(xiàn)場(chǎng)安全化運(yùn)行。

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TV675

A

1004-7344（2016）23-0125-02

2016-7-23

王 豐（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事農(nóng)田水利、水力機(jī)械設(shè)計(jì)方面工作。