撮鎮(zhèn)一級(jí)站機(jī)組振動(dòng)與改造措施

宋有權(quán)

(肥東縣水務(wù)局 ，安徽 肥東 231600)

肥東縣撮鎮(zhèn)泵站經(jīng)中國灌溉排水發(fā)展中心安全鑒定復(fù)核綜合評(píng)定為三類泵站，由于運(yùn)行時(shí)間較長，必須進(jìn)行維修加固和更新改造。安徽省發(fā)改委以皖發(fā)改設(shè)計(jì)函[2013]402號(hào)文批復(fù)《肥東縣撮鎮(zhèn)泵站更新改造工程初步設(shè)計(jì)》，總投資為7348萬元。2013-10-28日開工建設(shè)至2017-07-31全面完工。

1 存在的主要問題

撮鎮(zhèn)一級(jí)站受巢湖水位影響進(jìn)水位變幅很大，為徹底消除原臥式機(jī)組易受淹的隱患。1999-10～2000-05進(jìn)行過技術(shù)改造，經(jīng)過十幾年的運(yùn)行，存在的主要問題如下：

(1)振動(dòng)大、噪音大。立式泵機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)幅度大、使整座泵房振動(dòng)，伴隨震耳噪音，使工作人員不敢接近機(jī)組；由于泵軸擺度大，電機(jī)座推力瓦軸承和水泵橡膠軸承磨損嚴(yán)重，運(yùn)行一段時(shí)間就要停機(jī)檢維。機(jī)組振動(dòng)不但影響設(shè)備完好率，而且降低裝置效率，并成為噪音產(chǎn)生根源；同時(shí)振動(dòng)傳到基礎(chǔ)和建筑物等處，對(duì)其他設(shè)備和工程造成影響。因機(jī)組振動(dòng)過大，縮短設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重影響泵站運(yùn)行安全以及人身健康，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。

(2)進(jìn)水池產(chǎn)生漩渦。機(jī)組運(yùn)行時(shí)進(jìn)水池產(chǎn)生漩渦，在最低進(jìn)水位7.0 m和設(shè)計(jì)進(jìn)水位7.5 m 時(shí)均產(chǎn)生嚴(yán)重的漩渦，竟然在進(jìn)水位達(dá)到8.5 m時(shí)仍然有漩渦產(chǎn)生。嚴(yán)重時(shí)形成進(jìn)氣漏斗，不僅影響水泵的進(jìn)水流態(tài)，降低水泵效率，也進(jìn)一步加劇了水泵葉輪的汽蝕和機(jī)組的振動(dòng)，不得不在進(jìn)水池內(nèi)設(shè)置竹排來減少漩渦的危害。

2 原因分析

經(jīng)分析，立式機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)原因如下：

(1)電機(jī)梁跨度大、斷面偏小引起振動(dòng)。該站電機(jī)主梁跨度大，凈跨8.5m，斷面為400 mm×800mm；機(jī)組之間中心距為3.9m，電機(jī)次梁凈跨3.5m，斷面為300 mm×500mm，且次梁上還有4個(gè)預(yù)留電機(jī)螺栓孔。電機(jī)梁承受的凈荷載包括電機(jī)重5.35t、電機(jī)座重2.95t和水泵轉(zhuǎn)子重0.62t，動(dòng)荷載為水推力2.7t。電機(jī)梁跨度大、斷面偏小，剛度不足引起振動(dòng)。

(2)電機(jī)座剛度不夠引起振動(dòng)。該站電機(jī)座剛度不夠。800HL-18泵是廠家的試制產(chǎn)品，電機(jī)座剛度未經(jīng)過試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，電機(jī)座的剛度不夠引起機(jī)組振動(dòng)，后在現(xiàn)場采取在電機(jī)座下面墊兩根槽鋼起輔助支撐，從而使振動(dòng)幅度減小。

(3)電機(jī)、水泵基礎(chǔ)分離造成振動(dòng)。該站廠房采用排架柱基礎(chǔ)，電機(jī)梁坐落在排架柱上；水泵是獨(dú)立基礎(chǔ)，10臺(tái)泵均分開澆筑，分基安裝。機(jī)組的水平度和同心度是在凈荷載和特定的水位條件下安裝調(diào)整的。由于電機(jī)、水泵基礎(chǔ)分離，隨著時(shí)間推移，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，水位的變化和動(dòng)荷載的作用，廠房和水泵基礎(chǔ)的受力情況不同，不均勻變形在所難免，導(dǎo)致安裝好的機(jī)組水平度和同心度發(fā)生變化，使機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)和擺度加大。

(4)安裝精度不符合要求引起振動(dòng)。由于水泵聯(lián)軸器和電機(jī)座推力瓦平面制造精度有偏差，造成安裝時(shí)有的機(jī)組，廠家在現(xiàn)場也無法調(diào)整滿足水平度和垂直度的要求，機(jī)組安裝精度不高，超出水泵和電動(dòng)機(jī)允許的偏偏差，也是機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)和擺度大的重要原因。

(5)淹沒深度不夠、懸空高度不足產(chǎn)生漩渦。該站將原臥式機(jī)組改為立式機(jī)組時(shí)，為節(jié)省投資，減少水下部分土方開挖量和鋼筋混凝土工程量，進(jìn)水管道利用了原有臥式機(jī)組的69°彎管傾斜進(jìn)入進(jìn)水池，沒有采用流道進(jìn)水方式，進(jìn)水喇叭口安裝基本成斜向進(jìn)水，如圖1所示。電機(jī)層高程13.2m, 水泵葉輪中心線高程9.2m,水泵層高程8.4m,喇叭口中心高程5.10 m，喇叭口直徑D=1.20 m，進(jìn)水池底板高程為4.3 m。按照近似水平安裝計(jì)算，規(guī)范要求喇叭口懸空高度為(1.0～1.25)D=1.2m～1.56m，底板高程應(yīng)當(dāng)在3.54m～3.85m；設(shè)計(jì)高程3.8 m，實(shí)際施工有0.5 m未開挖到位，現(xiàn)狀底板4.3 m，造成進(jìn)水流態(tài)受影響。淹沒深度為(1.8～2.0)D=2.25m～2.5m，淹沒水位應(yīng)當(dāng)在7.35m～7.60m，設(shè)計(jì)進(jìn)水位7.5m稍差點(diǎn)，而最低進(jìn)水位7.0m相關(guān)更大。由于喇叭口懸空高度和淹沒深度均不滿足規(guī)范要求，造成喇叭口進(jìn)水不均勻，發(fā)生偏流，致使進(jìn)水池產(chǎn)生旋渦，嚴(yán)重時(shí)形成進(jìn)氣漏斗。

3 更新改造措施

經(jīng)研究,更新改造措施如下：

(1)合理設(shè)計(jì)泵房加固方案。原泵房為排架柱基礎(chǔ)，水泵為獨(dú)立基礎(chǔ)，受兩基礎(chǔ)沉降變形不同步影響，機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)大，軸承磨損嚴(yán)重。廢棄原獨(dú)立水泵基礎(chǔ)，在水泵層新建鋼筋砼結(jié)構(gòu)聯(lián)系梁與泵房排架柱連接，解決電機(jī)、水泵基礎(chǔ)分離問題；同時(shí)在電機(jī)梁中間部位新增鋼筋混凝土支柱，減小電機(jī)梁跨度；加大電機(jī)次梁的截面，增加剛度和強(qiáng)度；在出水側(cè)增加13間寬度5.5m的副廠房，將高低壓開關(guān)柜和集中控制室移至副廠房內(nèi)，減小主廠房的荷載，改善值班環(huán)境。

(2)合理設(shè)計(jì)進(jìn)水管路布置方案。機(jī)組中心距離為3.9m，泵房排架柱基礎(chǔ)底高程5.2 m，柱基礎(chǔ)頂高程6.4 m。受排架柱擴(kuò)大基礎(chǔ)影響，無法滿足流道進(jìn)水的斷面要求，只能采用管道進(jìn)水方式。但實(shí)際施工發(fā)現(xiàn)再采用原69°彎管方式，又要滿足接管道螺栓和預(yù)留安裝空間，還是會(huì)影響排架柱的擴(kuò)大基礎(chǔ)。綜合考慮各方面因素，最終確定采用2個(gè)90°彎管進(jìn)水方式，如圖2所示，喇叭口中心高程5.15 m，喇叭口直徑D=1.40 m。垂直安裝時(shí)規(guī)范要求懸空高度為(0.6～0.8)D=0.84m～1.12m，取1.05 m，設(shè)計(jì)底板高程4.10m；淹沒深度為(1.0～1.25)D=1.4m～1.75m，淹沒水位應(yīng)當(dāng)在6.55mm～6.90m，設(shè)計(jì)進(jìn)水位7.5 m，最低進(jìn)水位7.0m時(shí)，喇叭口淹沒深度均滿足要求；雖然局部水力損失增大一點(diǎn)，但徹底解決漩渦問題，實(shí)際運(yùn)行效果很好，再?zèng)]有看到漩渦產(chǎn)生。

圖1 撮鎮(zhèn)一級(jí)站改造前剖面圖

圖2 撮鎮(zhèn)一級(jí)站改造后剖面圖

(3)合理設(shè)計(jì)電機(jī)座改造方案。要求設(shè)備廠家認(rèn)真計(jì)算動(dòng)靜荷載，用工字鋼做框架焊接電機(jī)座，加大上下鋼板的厚度，同時(shí)兼顧原有的電機(jī)座預(yù)埋螺栓的位置，在滿足安裝推力瓦軸承的情況下加密縱向結(jié)構(gòu)聯(lián)系，在廠里上試驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)后再供貨到場。

(4)嚴(yán)把機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷，非安裝上所能解決，后患無窮。招標(biāo)階段對(duì)所購設(shè)備和材料提出詳細(xì)的技術(shù)要求，明確設(shè)備監(jiān)造、檢測和驗(yàn)收辦法，嚴(yán)把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。泵軸吊裝、運(yùn)輸、安裝和擱置過程中，防止碰撞，支點(diǎn)適中，防泵軸撓曲變形。安裝前泵軸軸線要進(jìn)行嚴(yán)格的測試校正，確保安裝精度。

(5)嚴(yán)格控制機(jī)組安裝質(zhì)量。機(jī)組工作性能好壞，除了水力性能和基礎(chǔ)強(qiáng)度因素外，與機(jī)組安裝精度關(guān)系重大。機(jī)泵軸端面(泵座法蘭面)的安裝水平偏差不應(yīng)大于0.05mm/m，機(jī)組軸線相對(duì)擺度不應(yīng)大于0.03mm/m，從而使機(jī)泵設(shè)備精準(zhǔn)、牢固地安裝好，振動(dòng)、噪音值控制在正常范圍內(nèi)，并長期維持平衡工作狀態(tài)。立式機(jī)組安裝，影響安裝精度的關(guān)鍵是校水平和校同心，用精度為0.02mm～0.05mm/m的方框水平儀來校驗(yàn)水平，采用電測法校同心以滿足精度要求；地腳螺栓必須固定牢固，二次灌漿前，將預(yù)留孔進(jìn)行打毛和徹底清理，砼標(biāo)號(hào)高一個(gè)級(jí)別，可加入適量的膨脹劑，振搗密實(shí)，做好養(yǎng)護(hù)工作，達(dá)到砼額定強(qiáng)度時(shí)，才能進(jìn)行下一道工序。

4 改造效果

站通過泵房加固改造，改變進(jìn)水管路布置方案，加固電機(jī)座，嚴(yán)把機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)控機(jī)組安裝質(zhì)量。更新改造后通過實(shí)際運(yùn)行，機(jī)組振動(dòng)和噪音均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，徹底消除了漩渦。自2016-08投入抗旱運(yùn)行，2016年和2017年已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行8100臺(tái)時(shí)，累計(jì)提巢湖水6415×104m3，確保2.4×104hm2農(nóng)業(yè)灌溉用水，恢復(fù)灌溉面積0.2×104hm2，改善灌溉面積2.2×104hm2，灌溉保證率達(dá)到90%，年增產(chǎn)糧食4200×104kg，新增效益7560萬元；改造前泵效87.5%，機(jī)效91.2%，凈揚(yáng)程13.5m，總揚(yáng)程15.3m，泵站裝置效率為0.704，能源單耗為3.864 kWh/ktm；改造后泵效87.5%，機(jī)效94.4%，凈揚(yáng)程13. 5m，總揚(yáng)程15. 5m，泵站裝置效率高達(dá)0.719，能源單耗為3.783 kWh/ktm；改造后比改造前節(jié)約了0.081 kWh/ktm。按多年平均提水4000×104m3，揚(yáng)程13.5m計(jì)算，年均節(jié)電4.374×104kWh，節(jié)約電費(fèi)2.54萬元，節(jié)能效果顯著；提高了設(shè)備完好率、減少維修和運(yùn)行費(fèi)用，改善了勞動(dòng)生產(chǎn)條

件和工作環(huán)境，振動(dòng)、噪音、室溫明顯下降，消除了漩渦；汽蝕性能的改善和抗腐蝕材料的使用使水泵抗汽蝕性能大幅度提高，有效地延長主機(jī)組和設(shè)備使用壽命和大修周期，減少運(yùn)行維修費(fèi)用，取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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