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對低揚(yáng)程潛水軸流泵站設(shè)計中的幾點(diǎn)建議
摘要:該文通過對汕頭某排澇站出現(xiàn)劇烈振動的原因分析，提出了低揚(yáng)程潛水軸流泵站設(shè)計中應(yīng)該注意的幾點(diǎn)建議；以供參考。
關(guān)鍵詞:泵站；振動；低揚(yáng)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(jī)電排灌、城鄉(xiāng)給排水、工礦企業(yè)供水和排水等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水利工程建設(shè)等各方面得到了廣泛應(yīng)用，隨著我國工業(yè)的日益發(fā)達(dá)，冶金技術(shù)的進(jìn)步，潛水電機(jī)的加工制造技術(shù)已相當(dāng)成熟，大中型潛水泵的發(fā)展越來越快，被廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水利工程建設(shè)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(jī)電安裝完畢后，拆除內(nèi)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(dá)到設(shè)計外水位高程，然后，開機(jī)試運(yùn)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(nèi)排渠，采取如此方式試運(yùn)行，結(jié)果皆大歡喜，未見有任何問題，工程結(jié)束約半年后，一次大暴雨，使內(nèi)排渠水位升高，自排不能滿足要求的情況下，管理人員開機(jī)抽水，結(jié)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(jī)層在跳動，整個廠房都在晃動，4臺機(jī)組一一啟動，皆是如此。停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)，其中一臺機(jī)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(xiàn)松動扭曲，嚴(yán)重的已被剪斷，其中一臺機(jī)組較為嚴(yán)重，僅僅剩下兩支嚴(yán)重扭彎的螺栓，其余均被剪斷。
3、問題分析
�、�、本工程設(shè)計大師認(rèn)為：導(dǎo)致機(jī)組和泵房建筑物產(chǎn)生振動的原因較多，有些因素之間既有聯(lián)系又相互作用，概括起來主要有以下4個方面的原因。
a.電氣方面：電機(jī)是機(jī)組的主要設(shè)備，電機(jī)內(nèi)部磁力不平衡和其它電氣系統(tǒng)的失調(diào)，常引起振動和噪音。如異步電動機(jī)在運(yùn)行中，由定轉(zhuǎn)子齒諧波磁通相互作用而產(chǎn)生的定轉(zhuǎn)子間徑向交變磁拉力，或大型同步電機(jī)在運(yùn)行中，定轉(zhuǎn)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(jī)周期性振動并發(fā)出噪音。b.機(jī)械方面：電機(jī)和水泵轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量不平衡、粗制濫造，安裝質(zhì)量不良，機(jī)組軸線不對稱，擺度超過允許值，零部件的機(jī)械強(qiáng)度和剛度較差，軸承和密封部件磨損破壞，以及水泵臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)與機(jī)組固有頻率一直引起的共振等，都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動和噪音。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、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(jī)組振動的原因。水泵啟動和停機(jī)、閥門啟閉、工況改變以及事故緊急停機(jī)等動態(tài)過渡過程造成的輸水管道內(nèi)壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導(dǎo)致泵房和機(jī)組產(chǎn)生振動。d：水工及其它方面：機(jī)組進(jìn)水流道設(shè)計不合理或與機(jī)組不配套，水泵淹沒深度不當(dāng)，以及機(jī)組啟動和停機(jī)順序不合理等，都會使進(jìn)水條件惡化，產(chǎn)生漩渦，誘發(fā)汽蝕或加重機(jī)組及泵房振動。采用破壞虹吸真空斷流的機(jī)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(jī)組拍門設(shè)計不合理，時開時閉，不斷撞擊拍門座；支撐水泵和電機(jī)的基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉陷或基礎(chǔ)的剛性較差等原因，也都會導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生振動。
最后，他認(rèn)為本工程施工圖紙設(shè)計時，是按照水泵廠家提供的資料進(jìn)行設(shè)計，流道修改部分經(jīng)過水泵廠家的同意，一切責(zé)任由水泵廠家負(fù)責(zé)。
⑵、水泵廠家聲稱，該水泵型號及流道是由某一流大學(xué)的教授專家設(shè)計發(fā)明的，并獲得專利，沒有任何問題。
�、�、本人和幾個退休的小水電專家一起，通過仔細(xì)查看施工圖設(shè)計資料及現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：a.井蓋上面沒有通氣管，b.施工圖設(shè)計泵選型設(shè)計揚(yáng)程為3.6m，校核揚(yáng)程為4.1m，而此時，內(nèi)、外江水位幾乎持平，而且，管理人員說有時大暴雨過后，內(nèi)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(yùn)行，泵的揚(yáng)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(jī)組中心線距離過小，小于4D（D為水泵進(jìn)口直徑），e：出口拍門關(guān)閉不嚴(yán)，有漏水現(xiàn)象。
于是，提出幾點(diǎn)建議：ⅰ、井筒蓋開機(jī)運(yùn)行，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)角調(diào)小至-4°試驗，結(jié)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(shè)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(diǎn)，應(yīng)有補(bǔ)氣裝置，建議每臺機(jī)組裝設(shè)一條φ150的通氣管，通往廠房外，結(jié)果，裝設(shè)φ50后， 運(yùn)行時，把收手放在管口，能明顯感覺到有大量空氣進(jìn)入，說明φ50有點(diǎn)偏小。②、原設(shè)計時選用水泵的揚(yáng)程過大，與實(shí)際運(yùn)行時的揚(yáng)程相差很大，如果更換全套機(jī)組，各方損失都很大，于是建議把泵葉片調(diào)至-4°，使水泵揚(yáng)程降低，后與水泵廠家技術(shù)部聯(lián)系商討，最終調(diào)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(yùn)行時，發(fā)現(xiàn)井筒內(nèi)有輕微的繞流現(xiàn)象；④、進(jìn)水前池有渦旋回流現(xiàn)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(fā)生；進(jìn)水流道有90°的縱傾角，從縱傾角處至機(jī)組中心線距離過小，小于4D（D為水泵進(jìn)口直徑），應(yīng)該是其原因之一，另外還應(yīng)考慮由于流量的增大，進(jìn)口的淹沒深度應(yīng)增大以及進(jìn)水流道是否有雜物等原因；
結(jié)論：通過對井蓋加設(shè)通氣管及對葉片的角度調(diào)整，基本上能夠滿足機(jī)組的安全運(yùn)行，但是，問題還有存在，運(yùn)行效率低，浪費(fèi)能源，相關(guān)人員還應(yīng)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
�、拧�(yīng)該從思想上重視泵站設(shè)計，尤其是水泵選型的重要性，非專業(yè)人員更是需要慎重，而不是大膽就能設(shè)計。水泵選型應(yīng)遵守以下原則：i、必須根據(jù)生產(chǎn)的需要滿足流量和揚(yáng)程（或壓力）的要求；ⅱ、水泵應(yīng)在高效率范圍內(nèi)運(yùn)行；ⅲ、水泵在長期運(yùn)行中，泵站效率較高，能量消耗少，運(yùn)行費(fèi)用較低；ⅳ、按所選的水泵型號和臺數(shù)建站，工程投資較少；ⅴ、在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的各種工況下，水泵機(jī)組能正常安全運(yùn)行，即不允許發(fā)生氣蝕、振動和超載現(xiàn)象。ⅵ、便于安裝、維修和運(yùn)行管理。
⑵、特征水位及特征揚(yáng)程的選取及計算要準(zhǔn)確；選泵應(yīng)在平均揚(yáng)程時，水泵在高效率區(qū)運(yùn)行，在最高與最低揚(yáng)程時，水泵應(yīng)能安全、穩(wěn)定運(yùn)行；如揚(yáng)程變化較大，不能滿足上述條件時，應(yīng)考慮泵站裝設(shè)不同機(jī)型的水泵或采用其他能滿足揚(yáng)程變化的泵站型式。
⑶、設(shè)計中若遇到需修改廠家原定型設(shè)計時，應(yīng)該書面與其廠家技術(shù)部負(fù)責(zé)人商討，并應(yīng)仔細(xì)考慮修改后的影響，不應(yīng)僅僅口頭上的交流，更應(yīng)杜絕僅與銷售人員溝通，而私自定論。若有條件，建議與有關(guān)專家商討之后，再作合適的修改。
�、取�(yīng)高度重視規(guī)范中以下幾點(diǎn)的要求：ⅰ、出口流速不宜大于1.5m/s，（出口裝有拍門時，不宜大于2.0m/s）；ⅱ、進(jìn)口斷面處流速宜取0.8~1.0m/s；iii、出水管道線路較長時，應(yīng)在管線最高處設(shè)置排（補(bǔ)）氣閥，其數(shù)量和直徑應(yīng)經(jīng)計算確
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