泵站攔污設(shè)施有關(guān)問題的探討

王雙戰(zhàn)

摘要:泵站攔污柵在使用過程中,出現(xiàn)阻塞、銹蝕、振動及清污等多方面問題, 結(jié)合任丘市任丘淀邊泵站對攔污柵在泵站運行中出現(xiàn)的問題及其對泵站的影響作分析 ,探討泵站攔污柵的改進措施。

關(guān)鍵詞:泵站；攔污柵；阻塞等問題；造成影響；改進措施

中圖分類號：TV675文獻標識碼:A

1 前言

攔污柵作為泵站的重要組成部分,在防止漂浮物及潛移物質(zhì)進入泵站,確保泵站的安全運行方面起到了不可替代的作用。任丘淀邊泵站位于大清河下游白洋淀東部，包括古州、茍各莊、西大務(wù)3座泵站，本文結(jié)合任丘市任丘淀邊泵站對攔污柵在泵站運行中出現(xiàn)的問題及其對泵站的影響作分析,以此引起對攔污柵問題的重視,使泵站能發(fā)揮更好的經(jīng)濟效益。

2 攔污柵在使用中的常見問題

2.1 攔污柵發(fā)生阻塞問題

攔污柵的作用就是阻止水草、樹根、樹葉、生活垃圾、浮冰等等異物進入進水流道,防止其進入泵站結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,對水工建筑物和水力機械造成危害,使泵站的運行受到影響。但是水流所帶來的雜物碎塊的數(shù)量無法預(yù)期估計和控制,所以攔污柵前堆積的污物不能及時的清理,使得攔污柵發(fā)生阻塞,增加了攔污柵前后的水位差,即增大水流對攔污柵的沖擊力,嚴重的甚至會發(fā)生攔污柵結(jié)構(gòu)的變形，增加了泵站運行能量消耗,引起水泵汽蝕、機組振動、泵站被迫停機、水泵電機的損壞等,其危害極大。

2.2 攔污柵發(fā)生銹蝕問題

一般攔污柵為大多是普通鋼質(zhì)材料或者鑄鐵材料制成的,常年在水中浸泡,缺乏必要的養(yǎng)護，必然會產(chǎn)生一定的銹蝕。攔污柵發(fā)生銹蝕會導致攔污柵過水面積減少,增加水頭損失,減小了水泵的過流能力,同時也影響了水泵的效率。

2.3 攔污柵的振動問題

泵站攔污柵在使用過程中,由于對攔污柵動力特性方面考慮不周從而導致攔污柵破壞損傷事件經(jīng)常出現(xiàn)。柵條振動究其原因主要有水流激振、自振頻率，其中前者是攔污柵破壞主要原因。水流在通過攔污柵時, 在局部損失發(fā)生的范圍內(nèi),柵條尾部脫流產(chǎn)生的卡門渦街引起橫向激振力,該激振力的頻率隨流速的增加而增加。當攔污柵表面作用力的頻率與攔污柵的固有頻率一致或接近時,將引起攔污柵共振,從而導致攔污柵的破壞。

2.4攔污柵清污存在的問題

排灌泵站一般年均運行時間較短,依任丘的實際調(diào)查，一年中有80%-100%的時間清污機處于閑置狀態(tài),在露天環(huán)境中難以達到良好的維修保養(yǎng),所以一旦泵站開機運行,清污機卻不能保證正常工作,緊急時刻只能采用人工進行清污，這種方式需要在較小的水流速度情況下進行,且只能撈表面浮物,當攔污柵上下游水位差大到一定程度,上部水流流速加快,就無法打撈水面以下的卡阻物。

任丘市任丘淀邊泵站在更新改造以前，攔污柵前的垃圾采用汽車吊撈和船撈兩種清污方式,但因垃圾量大,致使這兩種清污方式工作效率不能滿足，都達不到理想的效果。又因采用真空破壞閥停機斷流方式,停機時水泵內(nèi)和水泵至真空破壞閥下側(cè)出水流道的大量水斷流后倒灌進水流道,造成攔污柵面瞬時水壓差變大,倒灌水流猛然從里向外反向沖刷攔污柵,攔污柵上的雜草異物被吸入進水池,無法清污。

3 攔污柵對泵站的影響

攔污柵對泵站的影響可以從水力損失、工作點的改變、空化空蝕、振動、噪音、能量和經(jīng)濟損失等不同的方面考慮：

3.1 水流通過攔污柵產(chǎn)生水力損失

攔污柵的水力損失由兩部分組成:其一為固有水頭損失,即水流在通過攔污柵時,柵條對水流有局部的阻礙作用,產(chǎn)生局部水頭損失。另一部分附加水頭損失,其產(chǎn)生的原因是由于攔污柵所攔截的污物部分地堵塞柵孔,或水流的腐蝕作用而導致攔污柵的銹蝕,使其原有的邊界條件改變,加劇了對水流的阻礙作用,致使過柵的局部水頭損失增加， 攔污柵局部水頭損失的產(chǎn)生導致多種不良的影響,如工作點的改變,產(chǎn)生振動,以及由此而產(chǎn)生的其他后果。

3.2 加劇水泵空化和空蝕

攔污柵阻塞使水泵工況點發(fā)生變化,水泵工況點流量減小。這樣進入葉輪內(nèi)的水流方向偏離設(shè)計工況,由于葉片和葉輪室間有間隙而產(chǎn)生回流以及葉片產(chǎn)生的二次回流,導致水流的旋轉(zhuǎn),當旋轉(zhuǎn)達到某種強度時旋轉(zhuǎn)流中心壓力下降而形成渦帶,當葉輪進口壓力降到一定值時,葉片背面會發(fā)生空化現(xiàn)象,當壓力繼續(xù)降低時,就會發(fā)生空蝕,嚴重時會導致葉片背面空蝕區(qū)域從葉片進口端向葉片中部發(fā)展。

水泵發(fā)生空化、空蝕時,大量汽泡的存在改變了流道內(nèi)特別是葉輪內(nèi)過流面積和流動方向,從而使葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到破壞,能量損失增加,引起流量、揚程及效率的下降,甚至達到斷流,嚴重破壞水泵工作性能。

另外，由于氣泡連續(xù)發(fā)育膨脹和潰滅而產(chǎn)生的壓力脈動進入轉(zhuǎn)輪及導葉內(nèi)部,造成了轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)距的脈動,引起軸功率的波動,且發(fā)出巨大的噪音,使運行不穩(wěn)定,并影響機組效率。當脈動頻率接近水泵或某些部件的固有頻率時,會引起較大的振幅。

3.3 機組頻繁開停機

為了排除攔污柵的阻塞就要對攔污柵及時進行清污,若采用人工清污或效率低的機械清污, 因清污工作效率低，要頻繁的開停機,這不僅對泵站運行不利而且對電機的性能和絕緣設(shè)備帶來威脅。同時由于每次開停機所引起水泵裝置的過渡過程對泵站的危害更大,由于工況的變化而產(chǎn)生的非恒定流會引起整個機組的壓力發(fā)生激烈的變化,產(chǎn)生振動破壞。

3.4 能量損失與經(jīng)濟損失

首先，由于攔污柵的阻塞,使得進入水泵的水量減小,出水口水頭也隨之降低,機組沒有在高效區(qū)工作,效率變小,造成能量損失,嚴重的造成水泵損壞，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟損失。其次，泵站在運行過程中由于河道內(nèi)的生活垃圾、植物秸稈等對攔污柵阻塞嚴重，為保證泵站的正常運行，必須對阻塞物進行清理，耗用大量的人力及機械設(shè)備，導致的經(jīng)濟損失非常之大。

4 綜合分析，提出泵站攔污設(shè)施的改進

根據(jù)以上分析，結(jié)合任丘市淀邊泵站更新改造及施工過程中的工作經(jīng)驗，現(xiàn)對泵站攔污設(shè)施提出以下改進建議：

(1) 不定時的對欄污柵進行檢查，如有漆皮脫落、生銹現(xiàn)象，應(yīng)及時對其進行除銹刷漆，除銹時表面達到無污垢油脂、無鐵銹、油漆附著物，后用環(huán)氧富鋅漆做底漆、氯化橡膠漆做面漆進行噴涂，以確保欄污柵的使用壽命及泵站運行安全。

(2)結(jié)合泵站攔污柵結(jié)構(gòu)與水頭損失關(guān)系，加強柵條的優(yōu)化設(shè)計的研究力度,使得過柵流態(tài)有利于減小空化、空蝕和振動。

(3)針對攔污柵的振動，加固攔污柵可以改變攔污柵自振頻率，避開和水流激振的共振頻率，達到減振的目的 根據(jù)工程經(jīng)驗，攔污柵的柵條采用不規(guī)則的間距，用螺栓連接，設(shè)置攔污柵斜撐，同時在攔污柵橫撐上通過夾緊連接將攔污柵固定在加勁構(gòu)件上，可以防止攔污柵的有害振動。

(4)開展泵站攔污柵堵塞、銹蝕影響水頭損失的試驗研究和理論研究,尋求更高效的清污方式,保證攔污柵得到及時有效的清污。

(5)在今后的泵站更新改造時，建議采用新式泵前除污、攔污設(shè)備--清污機。清污機有回轉(zhuǎn)式、移動式、格柵式、抓斗式等多種形式，選用清污機時，要根據(jù)泵站工程的特點、污物數(shù)量和種類等因素來綜合考慮。保證水電站或泵站得以安全、正常地運行，以便在不停機和不放空水的條件下進行清污。此外，要根據(jù)泵站污物來量、攔污柵前后水位差、清污機清污速度等因素來確定清污周期，以保證泵站的運行效率。

(6)現(xiàn)在任丘市為嚴重缺水的城市之一，泵站在城市生活和農(nóng)業(yè)灌溉中發(fā)揮著重要的作用,因此攔污柵作為泵站安全運行的重要因素更有其研究價值。