小 (1)型泵站技術(shù)改造淺析——以備塘河翻水站泵站為例

陸一奇,王渭清,謝筱權(quán)

(杭州市城郊河道管理處,浙江 杭州 310014)

近年來,浙江省水利廳就《浙江省排灌泵站更新改造對(duì)策研究》展開調(diào)研,并在此基礎(chǔ)上編制了《浙江省排灌泵站一期更新改造工程實(shí)施方案》作為組織實(shí)施排灌泵站更新改造工程的技術(shù)指導(dǎo)性文件。依照該方案,泵站更新改造需進(jìn)行科學(xué)調(diào)查、評(píng)估后,以“經(jīng)濟(jì)、實(shí)效”為原則確立方案并實(shí)施。

在確定對(duì)泵站進(jìn)行技術(shù)改造前,應(yīng)對(duì)泵站的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,內(nèi)容包括:泵站所在行政區(qū)、所屬河流及岸別、建成年代、機(jī)組型號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、使用時(shí)限、是否出現(xiàn)過問題及處理措施,配電設(shè)備的型號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、使用年限、是否出現(xiàn)過問題及處理措施,水工建筑物進(jìn)口、出口、穿堤涵閘等相關(guān)情況[1-2]。

1 備塘河工程概況

備塘河位于杭城東北部,是上塘河流域的重要支流之一。備塘河翻水站由水閘、配水泵室、管理房、護(hù)岸及綠化等組成,主要功能為非汛期從上塘河抽水進(jìn)入備塘河,加快備塘河的水流速度,改善市區(qū)河道水環(huán)境;汛期時(shí),打開水閘,將備塘河的澇水排入上塘河。該工程于2002年元月開始施工,同年7月完工并投入運(yùn)行。備塘河翻水站設(shè)2臺(tái)700QWG—160型潛水貫流泵,水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為1.88 m,單機(jī)流量為1.464 m3/s,全站設(shè)計(jì)流量為2.93 m3/s,總裝機(jī)容量為90 kW,為小(1)型泵站。

備塘河翻水站設(shè)計(jì)水泵的運(yùn)行定位為間歇性、階段性配水,但實(shí)際運(yùn)行工況為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,水泵年運(yùn)行時(shí)間超預(yù)期。機(jī)組自2002年7月開始運(yùn)行,至2009年12月,每臺(tái)機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間達(dá)26 000 h,水泵葉輪磨損嚴(yán)重。該泵站設(shè)計(jì)之初為臨時(shí)性配水泵站,后由于全市配水工程的實(shí)施,由原來的臨時(shí)泵站變?yōu)?4 h常年不間斷運(yùn)行的永久性泵站,但原建工程建設(shè)工期短、資金緊張,整個(gè)泵站布置也較為簡(jiǎn)單,缺乏止水刀閥、伸縮節(jié)等設(shè)備,給檢修及安裝帶來麻煩。另外,限于當(dāng)時(shí)的設(shè)備制造水平,潛水貫流泵作為一種新產(chǎn)品,在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制造工藝上均有不足。因此備塘河泵站在運(yùn)行多年后,機(jī)電設(shè)備及水閘出現(xiàn)正常運(yùn)行電流偏高、能耗增大、檢修時(shí)進(jìn)口處止水不嚴(yán)等問題。

2 泵站機(jī)組性能測(cè)試

在確定技術(shù)改造方案前,應(yīng)對(duì)泵站機(jī)組性能進(jìn)行測(cè)試,主要項(xiàng)目為流量、揚(yáng)程(工作揚(yáng)程、凈揚(yáng)程)、功率(電機(jī)輸入功率、水泵軸功率),在準(zhǔn)確測(cè)試記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)后,需整理成測(cè)試結(jié)果,主要參數(shù)為:泵站單機(jī)流量成果、泵站凈揚(yáng)程及工作揚(yáng)程計(jì)算成果、電動(dòng)機(jī)輸入功率計(jì)算成果、軸功率成果,并由各種成果計(jì)算統(tǒng)計(jì)排水站的裝置效率、水泵效率等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)[3]。

備塘河翻水站運(yùn)行管理單位委托專業(yè)測(cè)量單位對(duì)該配水流量及揚(yáng)程情況進(jìn)行了測(cè)量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,得到的相關(guān)參數(shù)見表1:

表1 備塘河翻水站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水泵流量揚(yáng)程數(shù)據(jù)表

從表1可以看出,實(shí)際水泵工作凈揚(yáng)程為0.47～0.49 m,低于當(dāng)初設(shè)計(jì)選定的凈揚(yáng)程0.73 m,根據(jù)軸流泵的揚(yáng)程流量特性曲線,揚(yáng)程小時(shí)流量大,現(xiàn)水泵的流量應(yīng)大于當(dāng)初設(shè)計(jì)選定的流量值,而實(shí)際情況比當(dāng)初選定的流量值小,原因如下:

(1)根據(jù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告資料,備塘河翻水站水泵設(shè)計(jì)工況點(diǎn)凈揚(yáng)程0.73 m,設(shè)計(jì)揚(yáng)程1.88 m,全站設(shè)計(jì)流量2.93 m3/s。設(shè)計(jì)泵站700QWG—160型潛水貫流泵性能見表2:

表2 700QWG—160型潛水貫流泵性能表

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)及水泵性能曲線進(jìn)行計(jì)算,管長(zhǎng)取8 500 mm,管徑取800 mm,計(jì)算水頭損失系數(shù)采用hf=0.589Q2,得到的測(cè)量時(shí)水泵工作點(diǎn)參數(shù)見表3:

表3 實(shí)測(cè)潛水貫流泵工作點(diǎn)參數(shù)表

從表3可以看出,本工程實(shí)際流道水頭損失較理論計(jì)算值大,說明水泵裝置效率較理論設(shè)計(jì)值低,因此,全站流量只有2.75 m3/s,也低于設(shè)計(jì)值。

3 泵站技術(shù)狀況評(píng)估

對(duì)于小型泵站,對(duì)機(jī)組性能進(jìn)行測(cè)試、統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出相關(guān)成果后,將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比,達(dá)不到要求的必須改造;達(dá)到要求的,通過綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算,綜合評(píng)價(jià)排水站繼續(xù)使用的經(jīng)濟(jì)合理性,最后確定是否需要改造。

對(duì)比表2、3可以看出,水泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)已偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn),揚(yáng)程和流量都比設(shè)計(jì)工況點(diǎn)低,不符合貫流泵的流量揚(yáng)程特性曲線特點(diǎn),分析原因可能是長(zhǎng)年連續(xù)運(yùn)行水泵葉輪磨損嚴(yán)重,加上泵體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡合理,氣蝕導(dǎo)致大量的氣泡堵塞轉(zhuǎn)輪部分流道,使水泵性能下降,水泵的流量、揚(yáng)程急劇降低;另經(jīng)計(jì)算,裝置效率也低于部頒標(biāo)準(zhǔn)的55%[4]。

4 剖析泵站其它問題

由于水泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)時(shí)間,水泵葉輪磨損嚴(yán)重,泵站設(shè)備提前進(jìn)入經(jīng)常性檢修維護(hù)和保養(yǎng)的階段,每臺(tái)水泵機(jī)組按一年小修一年大修的頻率進(jìn)行維修保養(yǎng),安排維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)高達(dá)5萬元/a,并且還存在以下工程缺陷:

(1)水泵的進(jìn)口檢修門槽與攔污柵柵槽共用,由于門槽四周沒有埋設(shè)止水座面及護(hù)角,加上底坎施工時(shí)留下的一些問題,水泵進(jìn)口檢修門封堵不嚴(yán),漏水嚴(yán)重,每次水泵的裝拆及返廠檢修維護(hù)均需請(qǐng)潛水員下去協(xié)助檢修門封堵止水,既增加了安全生產(chǎn)隱患又浪費(fèi)資金。

(2)在水泵拍門后沒設(shè)檢修門,一旦拍門損壞需水下維修。由于進(jìn)口檢修門只有1扇且漏水嚴(yán)重,拍門損壞失效將使水流倒灌,水下維修有很大的安全隱患,不僅配水無法進(jìn)行,圍堰搶修還將耗費(fèi)大量資金和時(shí)間。

(3)泵站進(jìn)口攔污柵柵條間距為50 mm,凈距為45 mm,雖符合GB/T 50265—97《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,但相對(duì)于軸流泵及貫流泵柵條之間的凈距不得大于0.05倍轉(zhuǎn)輪直徑[5]的要求還是偏大,該泵站水泵葉輪直徑只有650 mm,柵條凈距宜為32mm或不大于水泵轉(zhuǎn)輪葉片之間的最小距離,由于實(shí)際柵條凈距為45 mm,使用中有大量的小污物通過攔污柵進(jìn)入水泵進(jìn)水流道,造成葉輪阻塞,降低水泵效率。因此在實(shí)際操作中要在停泵時(shí)拉開流道出口的拍門,通過備塘河水流倒灌將污物沖出水泵進(jìn)水流道。

(4)電氣設(shè)備中,水泵控制柜、閘門控制箱等均存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)施老化陳舊、操作不直觀等缺點(diǎn),同時(shí)沒有預(yù)留計(jì)算機(jī)接口,不利于遠(yuǎn)程操作。

由于泵站存在以上問題,降低了泵站安全運(yùn)行的保證率和機(jī)組效率,且存在安全隱患,為了確保機(jī)組的運(yùn)行安全及更好地發(fā)揮備塘河翻水站的配水功能和效率,急需對(duì)翻水站進(jìn)行技術(shù)改造。

5 確定技術(shù)改造方案

5.1 制定泵站改造方案的原則

根據(jù)GB/T 50510—2009《泵站更新改造技術(shù)規(guī)范》的要求,本著如下原則提出改造方案:

(1)確保安全可靠運(yùn)行、充分發(fā)揮效益,提高裝置效率;

(2)與受益區(qū)的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃及水利總體規(guī)劃相協(xié)調(diào),科學(xué)合理地確定更新改造的規(guī)模、方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);

(3)在不影響泵站性能和安全的前提下,充分利用原有設(shè)施及設(shè)備;

(4)積極采用經(jīng)過試驗(yàn)和鑒定的新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備;

(5)根據(jù)泵站的規(guī)模、地位和作用以及實(shí)際運(yùn)行需要,采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)泵站綜合自動(dòng)化,積極推行信息化[6]。

5.2 備塘河翻水站技術(shù)改造方案

5.2.1 總體改造方案

根據(jù)泵站存在的問題,提出具體改造方案如下:

(1)更換主水泵,采用技術(shù)成熟,性能先進(jìn)的定型產(chǎn)品,保證后續(xù)返廠檢修維護(hù)服務(wù)的可持續(xù)性;

(2)改變穿墻管與水泵之間的剛性連接,在水泵上、下游與穿墻管聯(lián)接部位增加伸縮節(jié)以提高水泵的互換性及拆裝的方便性;

(3)在水泵流道進(jìn)出口增加可靠的截流裝置,以方便水泵的檢修維護(hù)及水泵出口拍門的損壞修復(fù);

(4)改造泵站進(jìn)口攔污柵,縮小格柵間距或采用機(jī)械清污方式,減小人工清污的工作量;

(5)更換水泵控制柜、閘門控制箱等陳舊設(shè)施,使設(shè)備的運(yùn)行操作更加直觀和安全可靠。

5.2.2 主水泵的改造技術(shù)方案

根據(jù)本泵站的流量和揚(yáng)程特點(diǎn),所選泵組比轉(zhuǎn)速在1 500 r/min以上,潛水貫流泵為最佳選擇,同時(shí)由于是改造泵站,土建結(jié)構(gòu)無法改變,水泵的型式與臺(tái)數(shù)也無法做大的變動(dòng),經(jīng)比較后仍選700QGL—160型水泵,根據(jù)泵室的空間情況,對(duì)水泵的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度有較高要求,最大不超過2 580mm。

考慮到流量加大對(duì)改善備塘河的水質(zhì)有利,因此在泵型選定的情況下,對(duì)不同的轉(zhuǎn)輪葉片安裝角進(jìn)行了比較(根據(jù)角度分為方案1和方案2)。

5.2.2.1 方案1

方案1:選擇葉片安裝角度+2°,特點(diǎn)是流量較大,此時(shí)轉(zhuǎn)輪主要性能見表4:

表4 700QGL—160型潛水貫流泵性能表

根據(jù)本工程最高揚(yáng)程、最低揚(yáng)程進(jìn)行水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)計(jì)算,葉片安裝角+2°時(shí),700QGL—160型水泵電動(dòng)機(jī)組計(jì)算結(jié)果見表5:

表5 700QGL—160型潛水泵運(yùn)行工況參數(shù)計(jì)算表

從表5可以看出,對(duì)于備塘河翻水站所需的工作揚(yáng)程,采用700QGL—160型潛水泵,葉輪角度采用+2°布置,水泵在高效區(qū)運(yùn)行,同時(shí)可以有效提高泵站的配水流量,進(jìn)一步改善備塘河的水質(zhì),缺點(diǎn)是所配的電動(dòng)機(jī)容量需加大。根據(jù)廠家樣本,配套電動(dòng)機(jī)功率為55 kW。

由于原10 kV變壓器容量為125 kVA,變電設(shè)備選用ZBF—125 kVA箱式變電站,配套電動(dòng)機(jī)容量加大20 kW,再加上刀閥等設(shè)備用電,根據(jù)計(jì)算負(fù)荷,需配160 kVA的變壓器,由于負(fù)荷增加,為了保證有較充裕的配電和備用回路,原變電設(shè)備及水泵控制柜都需更換升級(jí),僅配電設(shè)備改造升級(jí)的費(fèi)用已達(dá)59萬元。

5.2.2.2 方案2

方案2:采用葉片安裝角為0°,此時(shí)轉(zhuǎn)輪性能見表2。

根據(jù)本工程最高揚(yáng)程、最低揚(yáng)程進(jìn)行水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)計(jì)算,700QGL—160型水泵電動(dòng)機(jī)組計(jì)算結(jié)果見表6:

表6 700QGL—160型潛水泵運(yùn)行工況參數(shù)計(jì)算表

從表6可以看出,對(duì)于備塘河翻水站所需的工作揚(yáng)程,采用700QGL—160型潛水泵,葉輪角度采用0°布置,水泵在高效區(qū)運(yùn)行。配套電機(jī)功率不變,泵站原配變電設(shè)備可以不更換。

因此,水泵改造時(shí)按照方案2,仍采用原轉(zhuǎn)輪及水泵安裝角度,但在招標(biāo)時(shí)需對(duì)水泵的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度及氣蝕性能有所提高。

5.2.3 其它設(shè)施的改造方案

(1)對(duì)原進(jìn)口攔污柵進(jìn)行改造,在不動(dòng)土建結(jié)構(gòu)的前提下,根據(jù)原攔污柵柵槽尺寸重新設(shè)計(jì),制造攔污柵,減小柵條間距至30 mm,滿足軸流式水泵柵條間距不大于0.05D的要求。

(2)在水泵進(jìn)口增加電動(dòng)刀閥,方便水泵的檢修維護(hù),在主水泵裝拆時(shí)方便可靠地截?cái)嗌嫌嗡?同時(shí)提高水泵出口拍門更換修復(fù)時(shí)的安全性。

(3)在水泵的上、下游增加伸縮節(jié)以提高水泵的互換性及拆裝的方便性。對(duì)于不需要溫度補(bǔ)償,僅用于泵閥安裝的口徑DN800伸縮節(jié)的長(zhǎng)度約為260mm。

(4)在水泵出水管的最高處加裝1個(gè)排氣閥?？梢栽谕１脭嗔鲿r(shí)及時(shí)補(bǔ)氣,也可以在檢修維護(hù)完成后第一次運(yùn)行時(shí),方便排出管道內(nèi)的氣體。

(5)更換水泵控制柜等電氣設(shè)備,連接監(jiān)控設(shè)施,并預(yù)留了遠(yuǎn)程監(jiān)控端口,為下一步泵站的遠(yuǎn)程控制做好準(zhǔn)備。

6 結(jié) 語

備塘河翻水站通過更新改造后,1號(hào)機(jī)組從2011年1月13日開始運(yùn)行,2號(hào)機(jī)組從2011年3月1日開始運(yùn)行,截至2011年7月,累計(jì)運(yùn)行超5000h,運(yùn)行期間電流穩(wěn)定,監(jiān)控使用正常。機(jī)組控制電氣設(shè)備采用更先進(jìn)的啟動(dòng)設(shè)備,引入計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),并預(yù)留了遠(yuǎn)程監(jiān)控端口,更好地保障了機(jī)組運(yùn)行人員的人身安全及設(shè)備運(yùn)行的可靠性,并為下一步泵站的遠(yuǎn)程控制做好了準(zhǔn)備;電動(dòng)刀閥的加裝解決了原檢修閘門漏水的情況,不再需要潛水員進(jìn)行密封,為日后檢修工作帶來極大方便,同時(shí)降低了維修養(yǎng)護(hù)成本。

綜上所述,通過泵站更新改造,可以實(shí)現(xiàn)配水設(shè)施的合理配置,提高配水效率,降低泵站運(yùn)行維護(hù)成本,改善泵站運(yùn)行條件,加速河道水體循環(huán),真正改善了城鄉(xiāng)生態(tài)水環(huán)境。

[1]藺長(zhǎng)增,蔣廣慶,郭延杰.低揚(yáng)程泵站的節(jié)能技術(shù)改造 [J].排灌機(jī)械,2000(03):10-12.

[2]王常榮,于軍,徐德林.泵站更新改造現(xiàn)狀及新技術(shù)應(yīng)用研究[J].山東水利,2007(06):22-23.

[3]姚志青,馬新華.中小型泵站運(yùn)行參數(shù)測(cè)量方法[J].排灌機(jī)械,2005(01):25-27.

[4]水利部.SL 254—2000泵站技術(shù)改造規(guī)程 [S].北京:水利水電出版社,2000.

[5]國家標(biāo)準(zhǔn)局.GB/T 50265—97泵站設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京:標(biāo)準(zhǔn)出版社,1997.

[6]國家標(biāo)準(zhǔn)局.GB/T 50510—2009泵站更新改造技術(shù)規(guī)范 [S].北京:標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.