淺談中小型泵站立式機(jī)組增設(shè)檢修閘門和出水管伸縮節(jié)的必要性

黃大圣 張曙光

(湖南德江監(jiān)理有限公司 常德 415000)

1 前言

洞庭湖區(qū)大部分沿江排灌泵站興建于1980年前，在這些泵站中，中小型泵站的裝機(jī)容量占總量的65%以上，泵站水泵普遍選用20ZLB－70和28ZLB－70軸流泵，因受當(dāng)時(shí)資金限制，絕大部分泵站未設(shè)計(jì)檢修閘門，水泵出水彎管與壓力水箱間也未設(shè)置伸縮節(jié)(泵站典型設(shè)計(jì)縱剖面圖見下圖)。由于設(shè)計(jì)缺陷，大部分泵站機(jī)組安裝不得不采用整體吊裝方法檢修水泵，凡是采用此方法拆裝維修過的水泵，泵站在運(yùn)行中均暴露出許多普遍問題，其泵軸和橡膠軸承的磨損明顯加劇，在額定工況下運(yùn)行的振動超標(biāo)，汛期因水泵故障或振動超標(biāo)而被迫停運(yùn)的機(jī)組明顯增加，泵站運(yùn)行的可靠性降低。有些泵站水泵二次安裝時(shí)因廠房與壓力水箱相對沉限差太大，水泵彎管與出水管無法連接，最后只能將壓力水箱出水管周圍二期混凝土鑿除后調(diào)校就位。有些泵站水泵梁出現(xiàn)明顯斷裂縫。

立式機(jī)組泵站縱剖面圖

20世紀(jì)90年代，國家曾安排以工貸賑資金對部分泵站設(shè)備進(jìn)行了更新改造，當(dāng)時(shí)改造的主要內(nèi)容是更新設(shè)備，提高機(jī)組效率和自動控制水平。

近年來國家正加大水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，泵站改造已納入計(jì)劃，但從過去已改造的中小泵站的情況看，僅有少部分增設(shè)了檢修閘門，由此可見，水泵檢修閘門和出水管伸縫節(jié)的設(shè)置還未引起設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理人員的重視。

2 中小型立式泵站機(jī)組在不同維修條件下的安裝方法

2.1 水泵安裝及維修調(diào)整的原因

a.泵站首次機(jī)組的安裝。

b.更換橡膠軸承。水泵橡膠軸承因在水中與泵軸磨損，導(dǎo)致其間隙增大，是水泵部件中更換頻度較高的易損件，其更換頻度與水的含沙量、泵軸的光滑程度、機(jī)組的安裝精度、機(jī)組負(fù)荷有關(guān)。

c.更換葉片。在正常運(yùn)行情況下，葉片與水發(fā)生摩擦、葉片外緣與葉輪室間的間隙、汽蝕都將對葉片產(chǎn)生摩損，這種正常摩損速度較慢。當(dāng)橡膠軸承未及時(shí)更換，或泵的安裝精度不高時(shí)，葉片外緣可能與葉輪室內(nèi)壁摩擦，加劇葉片的摩損。當(dāng)水泵室進(jìn)水條件不好或水泵淹沒深度不夠時(shí)，均容易產(chǎn)生汽蝕，在很多泵站中水泵葉片更換的主要原因是汽蝕破壞。對于上述兩種情況造成的葉片損壞均可安排維修計(jì)劃。但當(dāng)水泵中吸入雜物，使葉片撞碎時(shí)，應(yīng)安排搶修。

d.更換進(jìn)水喇叭、導(dǎo)葉體。中小型水泵的葉輪室由導(dǎo)葉體和進(jìn)水喇叭組成，而水泵摩損部位主要發(fā)生在葉輪室，主要摩損原因有機(jī)械摩損、水力磨損與汽蝕損壞。引起其磨損加劇的原因與葉片相同。

e.更換泵軸。泵軸的摩損主要發(fā)生在橡膠軸承的對應(yīng)部位，產(chǎn)生的原因與橡膠軸承相同。

f.葉片角度的季節(jié)性調(diào)整。洞庭湖區(qū)大部分泵站是以排澇為主，其實(shí)際排水揚(yáng)程受江河水位的影響，每年汛期與非汛期水位變幅較大，為盡可能使水泵運(yùn)行在高效區(qū)，需調(diào)整水泵葉片角度，而中小型泵站立式機(jī)組水泵葉片角度大部分采用半調(diào)節(jié)方式。需拆下葉輪調(diào)整后重新安裝。

g.廠房的不均勻沉降或土建缺陷。因洞庭湖區(qū)所有中小型泵站均建于軟基之上，即使進(jìn)行了基礎(chǔ)處理，泵房也存在設(shè)計(jì)允許沉降范圍，一般設(shè)計(jì)允許的土建不均勻沉降偏差均大于設(shè)備的安裝精度。根據(jù)已建泵站的沉降調(diào)查資料，多數(shù)泵站的實(shí)測最大沉降量為10～25 cm，最大沉降差為5～10cm。而廠家說明書規(guī)定的［(350～1200)ZLB］立式機(jī)組水平度為0.04mm/m，泵體垂直同軸度的允許偏差為0.04 mm/m，機(jī)組盤車時(shí)泵軸與軸承頸處擺度不大于0.03 mm/m。因此，在泵站發(fā)生不均勻沉降后，設(shè)備的水平、垂直度將會超標(biāo)，需重新安裝調(diào)整。

h.設(shè)備的更新?lián)Q代。由于河湖的淤塞，泵站的最大揚(yáng)程增大，設(shè)備需要更新增容，同時(shí)由于科技的進(jìn)步、新產(chǎn)品的開發(fā)，原有效率低的舊設(shè)備將被效率高的新設(shè)備替代。

i.水泵傳動軸以上設(shè)備的更換與維修，因位于水上，與檢修閘門無關(guān)，在此不作討論。

2.2 機(jī)組首次安裝的方法

立式泵站機(jī)組首次安裝完成前，進(jìn)水渠圍堰還未拆除，進(jìn)水室處于無水條件，泵座、電機(jī)座、基礎(chǔ)螺栓與預(yù)留孔間還未灌漿，水泵出水管與廠房后墻及出水管與壓力水箱均未澆筑二期混凝土，泵體、電機(jī)座在一定范圍內(nèi)處于無約束的自由狀態(tài)。機(jī)組的安裝順序和方法如下:

a.泵體部件就位。首先把泵的進(jìn)水喇叭吊入進(jìn)水室內(nèi)，再將泵體彎管和導(dǎo)葉體的組合件吊到水泵梁上就位，使其地腳螺栓孔與梁上的預(yù)留螺孔對準(zhǔn)，墊上校正墊鐵，檢查彎管，使其符合出水方向后，穿上地腳栓，螺母不要擰緊。

b.上機(jī)座就位。將電機(jī)座吊到電機(jī)梁上，穿好地腳螺檢，墊上校正墊鐵，螺母不要擰緊。

c.初校水平。電機(jī)座以軸承座為校準(zhǔn)面，泵體彎管以上橡膠軸承座面為校準(zhǔn)面，用精度為0.02～0.05mm/m的框式水平儀將其放在基準(zhǔn)面上，通過調(diào)整墊鐵，使水泡居中。

d.對中找平。對中是使電機(jī)座軸孔、泵體彎管軸孔和下橡膠軸承軸孔(導(dǎo)葉體單獨(dú)安裝時(shí))中心保持在同一鉛垂線上，精確的調(diào)整方法是在電機(jī)座軸孔中心掛一條鋼琴線使其通過泵體彎管和導(dǎo)葉體軸孔中心(導(dǎo)葉體單獨(dú)安裝時(shí))，鋼琴線下端系一重錘并放入油桶中，用內(nèi)徑千分尺測量(采用電測法)電機(jī)座處、彎管、導(dǎo)葉體軸孔4個方位的讀數(shù)，根據(jù)讀數(shù)調(diào)整電機(jī)座、彎管、導(dǎo)葉體的位置使其同心，在調(diào)整同心的同時(shí)應(yīng)兼顧水平，通過反復(fù)調(diào)整使其滿足同心度和水平度的要求，最后對稱均衡地緊固地腳螺栓，在地腳螺栓緊固過程中仍應(yīng)注意對中和校平。

e.泵軸安裝。在地腳螺栓緊固后，在彎管、導(dǎo)葉體上分別裝好上、下橡膠軸承，裝上填料盒及壓蓋，將泵軸吊裝插入橡膠軸承中。

f.傳動軸安裝、聯(lián)軸和安裝葉輪。先把滾動軸承和軸套壓裝到傳動軸上，同時(shí)把軸承蓋、傳動軸上的圓螺螺帽、推力盤上的上鋼圈等也統(tǒng)統(tǒng)裝上。然后裝上彈性聯(lián)軸器。再將推力軸裝入電機(jī)座的軸承體內(nèi)，將傳動軸吊裝插入機(jī)座軸孔中，傳動軸下端裝上剛性聯(lián)軸器，擰緊并帽螺母，用框式水平儀放在傳動軸的彈性聯(lián)軸器平面上復(fù)查水平，轉(zhuǎn)動傳動軸，觀察水平尺氣泡，在任何方向居中(一致)，說明傳動軸已處于鉛垂位置，連接傳動軸與水泵軸，仍用上述方法讓軸處于鉛垂位置，用塞尺檢查上、下橡膠軸承各方位間隙應(yīng)均勻，用手轉(zhuǎn)動軸時(shí)應(yīng)感到比較輕快。然后再裝上葉輪，用手盤葉輪并用塞尺檢查葉片外緣與球形體內(nèi)壁間隙應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)(20ZLB-70為0.45～0.67mm，28ZLB-70為0.65～0.955mm)，同時(shí)檢查葉輪上平面和導(dǎo)葉體輪轂下平面之間的距離是否符合設(shè)計(jì)(廠家說明書)要求，在檢查間隙時(shí)，仍應(yīng)將框式水平尺放在傳動軸的彈性聯(lián)軸器平面上并使其泵軸保持鉛錘狀態(tài)。

g.基礎(chǔ)灌漿。在泵體和電機(jī)上機(jī)座安裝完畢，且同心度、水平度、垂直度、橡膠軸承和葉輪各方位間隙數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，手動盤動聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動靈活，無卡阻和時(shí)輕時(shí)重現(xiàn)象后，便可用水泥砂漿將地腳螺栓孔和底座觸梁面的空隙全部填實(shí)，為了保證接觸牢固，在填實(shí)前應(yīng)進(jìn)行清洗鑿毛，對那些設(shè)備安裝后無法鑿毛的部位應(yīng)在設(shè)備就位前鑿毛。

h.吊裝電動機(jī)。最后將電動機(jī)吊上電機(jī)座就位，裝好彈性聯(lián)軸器，擰緊機(jī)座螺栓。

i.安裝出水管。連接出水彎管至壓力水箱的出水管道。

j.澆筑二期混凝土。澆筑壓力水箱與出水管連接的二期混凝土，澆筑廠房后墻與出水管二期混凝土。在二期混凝土澆筑前應(yīng)鑿毛一、二期混凝土的連接面，并在設(shè)計(jì)要求的剛性連接體(如出水管與壓力水箱的連接)的管道上焊上錨筋，必要時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加節(jié)水環(huán)，確保出水管與混凝土的接合牢固，防止?jié)B水。對于設(shè)計(jì)要求的柔性連接體(如出水管穿過廠房后墻)應(yīng)將出水管周用瀝清麻包裹一定厚度后澆筑二期混凝土，使廠房和壓力水箱能在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)自由沉陷。

2.3 有檢修閘門和伸縮節(jié)條件下立式水泵的維修與調(diào)整方法

有檢修閘門的泵站水泵全部解體重裝的方法是:?關(guān)閉檢修閘門并將水泵室的水排干;?拆除進(jìn)水喇叭;?拆下導(dǎo)水錐、葉輪，在葉輪拆下后方可更換或調(diào)整葉片角度;?松開電機(jī)腳螺栓，將電機(jī)吊離電機(jī)座;?松開電機(jī)座軸承盒螺栓和剛性連軸器螺栓，抽出傳動軸和泵軸;?拆下水泵上、下橡膠軸承;?拆下導(dǎo)葉體;?更換損壞部件并重新安裝調(diào)整，因有檢修閘門，水泵進(jìn)水室處于無水條件，加之水泵出水管上安裝有伸縮節(jié)，機(jī)組水平、同心、軸線垂直度可在一定的范圍內(nèi)調(diào)整，故其安裝方法與機(jī)組首次安裝相同。

對建設(shè)年代早、泵房的沉降趨于穩(wěn)定后重新安裝校正過的機(jī)組，在水泵及電機(jī)座基礎(chǔ)螺栓固定可靠的情況下，機(jī)組的維修調(diào)整不需全部解體，即使泵房發(fā)生輕微的不均勻沉降，機(jī)組水平或垂直度稍有變化，但機(jī)組的同心度沒有變化，無需重新調(diào)整其水平度，這樣更換水泵葉片、進(jìn)水喇叭、導(dǎo)葉體、下導(dǎo)橡膠軸承和季節(jié)性調(diào)整水泵葉片角度無需抽出水泵軸便可完成。

2.4 無檢修閘門條件下立式水泵的維修與調(diào)整方法

無檢修閘門的泵站更換維修水泵的水下部件只能選擇如下方案。

a.方案一。在泵站進(jìn)水渠填筑臨時(shí)攔水圍堰。機(jī)組檢修完成后需拆除圍堰。圍堰形成后機(jī)組的拆裝與調(diào)整與有檢修閘門條件下相同。這種方案不僅需耗用勞動力或機(jī)械臺班來完成攔水圍堰填筑和拆除，而且還增加了檢修時(shí)間，在汛期暴雨后水泵故障需要搶修時(shí)，水泵進(jìn)水渠水位高，圍堰工程量大，對于多臺機(jī)組的泵站搶筑圍堰還影響其他機(jī)組搶排，在這種情況下可能放棄部分機(jī)組的搶修。對單臺機(jī)組泵站必須采用這種方案組織搶修。無論是多臺機(jī)組泵站還是單臺機(jī)組泵站都將延誤排水時(shí)間，延長作物的淹沒時(shí)間，貽誤排水時(shí)機(jī)。

b.方案二。水泵的整體吊裝。此方案是利用泵站機(jī)組自身排水，將水位降至泵站水泵梁基礎(chǔ)螺栓高程以下后，松開水泵地腳螺栓、出水管連接螺栓、剛性聯(lián)軸器連接螺栓，將整臺水泵吊出機(jī)坑，解體并更換損壞部件重新組裝，然后將整臺水泵吊入機(jī)坑就位。采用該方案安裝機(jī)組，機(jī)組的水平及中心只能以水泵軸剛性聯(lián)軸器為基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)因受葉片間隙和橡膠導(dǎo)軸承間隙的影響，泵軸的中心與泵體上(彎管處)下(導(dǎo)葉座處)橡膠軸承孔中心很難保持一致，導(dǎo)致剛性聯(lián)軸器的水平不能代表水泵水平或水泵上下軸孔連線在同一鉛垂線上，電機(jī)座(傳動軸)在剛性聯(lián)軸器處的同心不能代表與泵體同心。故其安裝精度難以保證，且該方案在暴雨后進(jìn)水渠水位無法降至水泵基礎(chǔ)螺栓高程時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)水泵水下部件的搶修。

對于單臺機(jī)組的獨(dú)立泵站，水泵計(jì)劃性維修均選在枯水少雨季節(jié)，常將方案一和方案二相結(jié)合。這樣既可減少臨時(shí)攔水圍堰的工程量，也可降低排水費(fèi)。

對于多臺機(jī)組泵站，水泵計(jì)劃性維修仍選在枯水少雨季節(jié)，先將整個排區(qū)水位降低，然后利用相鄰機(jī)組排水所形成的水位落差采用方案二實(shí)現(xiàn)機(jī)組輪修，在相鄰機(jī)組運(yùn)行的條件下檢修水泵必須要有相應(yīng)的安全措施。

對多泵站組成的相互連通的排區(qū)，計(jì)劃性維修時(shí)間統(tǒng)一安排，并結(jié)合溝渠清淤疏通、渠系建筑物的維修改造，可節(jié)約檢修排水費(fèi)用。

3 出水管伸縮節(jié)對泵站土建結(jié)構(gòu)和機(jī)組安裝的影響

由于泵站的泵房與壓力水箱的開挖深度不同，泵房與壓力水箱荷載的分布也不一樣，屬荷載的突變部位，一般情況下均設(shè)置沉降縫或?yàn)閮蓚€相互獨(dú)立的建筑物，如連接水泵彎管與壓力水箱的出水管不安裝伸縮節(jié)，在泵房與壓力水箱沉陷不一致時(shí)，對于出水管穿過泵房后墻處采用柔性材料封閉的泵站，不均勻沉陷的作用力將通過出水管與泵體產(chǎn)生很大的力矩作用于水泵梁和壓力水箱，使水泵梁斷裂(根據(jù)已發(fā)生的幾處處泵站情況);對于泵房后墻與出水管采用剛性連接的泵站，將有一附加力和力矩作用于泵房后墻和壓力水箱，相互約束自由沉陷，導(dǎo)致薄弱結(jié)構(gòu)破壞。

當(dāng)水泵檢修需調(diào)整泵體水平或同心時(shí)，需松開泵體地腳螺栓和水泵彎管法蘭螺栓，在水泵水平同心調(diào)整后，如先緊固水泵地腳螺栓，水泵出水彎管法蘭與出水管法蘭結(jié)合面無法保證其平行度，在法蘭螺栓緊固時(shí)對水泵和水泵梁將產(chǎn)生附加彎矩。如先緊固與出水管連接的法蘭螺栓，水泵的水平、中心則無法保證。

在立式軸流泵安裝說明書中，有“出水管應(yīng)另設(shè)支承，不得借泵本體支承”的明確規(guī)定，這就說明了泵體不得承受其他附加力的作用，解決這一問題的唯一辦法是在出水彎管處設(shè)置伸縮節(jié)，并在泵房后墻側(cè)出水管上設(shè)置可調(diào)節(jié)的支承，確保在泵房與壓力水箱出現(xiàn)不均勻沉限時(shí)無附加力作用于泵體。

4 檢修閘門及伸縮節(jié)的設(shè)置

檢修閘門設(shè)置時(shí)除考慮計(jì)劃性維修外，還應(yīng)考慮暴雨時(shí)機(jī)組的搶修，對于多機(jī)組泵站，如機(jī)組水泵室相互隔開，可每臺設(shè)一檢修閘門槽，對于分組設(shè)置隔水墻的水泵室，可根據(jù)分組情況設(shè)置檢修門槽，總之檢修門槽的設(shè)置在結(jié)合原有泵站進(jìn)水條件的情況下盡可能減少被檢修機(jī)組對其他機(jī)組排水的影響。與此同時(shí)，在條件許可的情況下還應(yīng)考慮檢修排水系統(tǒng)，

水泵伸縮節(jié)宜設(shè)置在出水彎管與泵房后墻間，出水管過泵房后墻應(yīng)采用柔性材料封閉，使泵房與壓力水箱結(jié)構(gòu)完全獨(dú)立，水泵維修拆裝方便。

5 結(jié)語

從兩種條件下各種安裝方法的分析可以看出，在有檢修閘門和伸縮節(jié)條件下:

a.水泵拆裝方便、易損部件更換維修不需整體吊裝、水泵維修受季節(jié)影響小。

b.水泵安裝精度得到保證，從而使機(jī)組運(yùn)行振動相對減小、泵軸及軸承的磨損相應(yīng)減小、機(jī)組運(yùn)行的可靠性及農(nóng)作物排水的及時(shí)性明顯提高、設(shè)備的維修周期和使用壽命相對延長、檢修費(fèi)用大大降低。

c.消除了因不均勻沉降對機(jī)組和土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的危害。

d.水泵葉片角度可根據(jù)季節(jié)水位變化特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，提高了泵站效率，降低了泵站的運(yùn)行成本。?