機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備的優(yōu)化改造

(無(wú)錫市城市防洪工程管理處，江蘇 無(wú)錫 214000)

1 概 況

無(wú)錫市防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)成立于2007年，由無(wú)錫市城市防洪工程管理處托管，是全省13支省級(jí)專業(yè)化防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)之一，主要承擔(dān)無(wú)錫市的防汛搶險(xiǎn)任務(wù)。當(dāng)前搶險(xiǎn)隊(duì)共有25人，防汛抗旱設(shè)備物資主要包括2400m3排水泵車一輛；5t、2t隨車起重運(yùn)輸車直臂吊各一輛；300kW發(fā)電機(jī)及各類搶險(xiǎn)排澇設(shè)備75臺(tái)套，編織袋35.8萬(wàn)條，土工布27400m2，彩條布7200m2，木料130m3等。

2 機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備現(xiàn)狀

機(jī)動(dòng)式混流泵是指帶有一定機(jī)動(dòng)性的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)混流泵設(shè)備，機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備由機(jī)動(dòng)式混流泵、進(jìn)出水管、啟動(dòng)電瓶及相關(guān)附件組成。機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備具有一定機(jī)動(dòng)性、出水量較大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類防汛搶險(xiǎn)中。

混流泵依靠離心力和軸向推力的混合作用來(lái)輸送液體，是離心泵和軸流泵的綜合，所以稱為混流泵，混流泵的比轉(zhuǎn)速高于離心泵，低于軸流泵，一般為300～500r/min，揚(yáng)程比軸流泵高，但流量比軸流泵小，比離心泵大。廣泛應(yīng)用于防澇排洪、農(nóng)田灌溉、污水處理、電站冷卻系統(tǒng)等領(lǐng)域。本文中的混流泵均為8英寸混流泵，其流量為360m3/h，揚(yáng)程為5m，重量為230kg。

本系統(tǒng)中配套的ZS1110型單缸水冷柴油機(jī)額定功率為14.7kW(2200r/min)。凈重190kg。該柴油機(jī)省油，易啟動(dòng)，技術(shù)成熟，通用互換性極好。本文中的柴油機(jī)均為ZS1110型單缸水冷柴油機(jī)為例。

3 機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備工作過(guò)程

在以往防汛搶險(xiǎn)中，機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備出動(dòng)安裝過(guò)程為：搶險(xiǎn)隊(duì)在接到上級(jí)防辦指令后，先從防汛物資儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)把混流泵、柴油機(jī)、進(jìn)出水管及相關(guān)附件分別吊裝上卡車，由卡車運(yùn)送到搶險(xiǎn)排澇地點(diǎn)。到達(dá)目的地后再把上述設(shè)備逐一卸車。在裝配機(jī)動(dòng)式混流泵前，針對(duì)每臺(tái)套設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)人員需先清理一塊2m×2m的平整空地，把木板固定在混流泵及柴油機(jī)底部，并根據(jù)混流泵與柴油機(jī)的裝配位置，以及地質(zhì)的不同，打入木樁(適用于泥地)或膨脹螺絲(適用于水泥地)，對(duì)混流泵和柴油機(jī)進(jìn)行固定。繼而安裝皮帶，鋪設(shè)進(jìn)出水管，再進(jìn)行調(diào)試，最終進(jìn)行搶險(xiǎn)排澇作業(yè)。

機(jī)動(dòng)式混流泵出水過(guò)程為：首先由外接水源對(duì)混流泵的注水孔進(jìn)行注水，待泵體腔內(nèi)水充滿并形成真空狀態(tài)，再由電瓶給柴油機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)供電，進(jìn)而啟動(dòng)柴油機(jī)，柴油機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)混流泵，從而達(dá)到抽水排澇的目的。

機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備是無(wú)錫市防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)中非常重要的排澇設(shè)備，也是防汛搶險(xiǎn)中出動(dòng)頻率最多的設(shè)備之一，其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、排澇量大，在搶險(xiǎn)工程中發(fā)揮了巨大的作用。

防汛責(zé)任重于泰山，時(shí)間就是生命，防汛搶險(xiǎn)就是與時(shí)間賽跑的過(guò)程。近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展及防汛形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，原有設(shè)備的搶險(xiǎn)效率已經(jīng)跟不上新形勢(shì)下的防汛要求。為此，搶險(xiǎn)隊(duì)技術(shù)骨干針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況，就如何切實(shí)提高現(xiàn)有設(shè)備的防汛搶險(xiǎn)效率進(jìn)行了一系列優(yōu)化改造。

4 存在的問(wèn)題

在多年搶險(xiǎn)排澇過(guò)程中，歸納總結(jié)了以下7大問(wèn)題。

4.1 設(shè)備集成度低，吊裝耗時(shí)長(zhǎng)

設(shè)備出動(dòng)時(shí)，一般由卡車來(lái)運(yùn)輸，由于柴油機(jī)、混流泵重量大。須使用起重機(jī)械把混流泵、柴油機(jī)、進(jìn)出水管及附屬設(shè)備逐一吊裝上貨車。貨車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，由起重機(jī)械把上述設(shè)備逐一卸車，再進(jìn)行安裝、調(diào)試。設(shè)備調(diào)撥運(yùn)輸耗時(shí)長(zhǎng)。

4.2 設(shè)備機(jī)動(dòng)性能差，運(yùn)輸方式單一

由于設(shè)備只能通過(guò)起重機(jī)械等設(shè)備移動(dòng)，當(dāng)遇到復(fù)雜地形特別是老城區(qū)狹小空間時(shí)，起重機(jī)械無(wú)法直接到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，只能就近吊下車后，再用其他方式轉(zhuǎn)運(yùn)到排澇現(xiàn)場(chǎng)，整個(gè)過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

4.3 設(shè)備無(wú)固定吊點(diǎn)，吊裝重心不準(zhǔn)確

原先混流泵無(wú)現(xiàn)成的吊點(diǎn)，因此在吊裝過(guò)程中需要人工尋找最佳吊裝位置，萬(wàn)一沒(méi)找準(zhǔn)重心，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備傾斜等不穩(wěn)定狀況，存在安全隱患。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力

現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需先對(duì)混流泵及柴油機(jī)底部固定于木板上，增強(qiáng)其平整度，再進(jìn)行固定并定位。而且柴油機(jī)是通過(guò)皮帶帶動(dòng)混流泵抽水排澇作業(yè)。因此柴油機(jī)與混流泵的相對(duì)距離必須有保證，不能有變化，過(guò)小或過(guò)大都會(huì)直接影響皮帶松緊度，進(jìn)而影響傳動(dòng)效率，甚至可能引發(fā)皮帶脫落或者斷裂等。

4.5 場(chǎng)地要求高

當(dāng)設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，針對(duì)每臺(tái)設(shè)備需尋找清理一塊2m×2m的平整空地。當(dāng)遇到松軟地面時(shí)，設(shè)備底部的木板與地面的接觸面小且設(shè)備本身重量大。因此長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)將導(dǎo)致設(shè)備陷地、傾斜等不良工況出現(xiàn)，存在安全隱患。

4.6 進(jìn)出水管問(wèn)題

原先機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備采用的進(jìn)、出水管鋼皮管重達(dá)15kg/m，在防汛搶險(xiǎn)排澇工程中，由于拼接、移動(dòng)鋼皮管需人力操作，考慮到鋼皮管自重，無(wú)法配備長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鋼皮管，因此遇到長(zhǎng)距離水管鋪設(shè)時(shí)勢(shì)必導(dǎo)致接頭過(guò)多。兩節(jié)鋼皮管連接時(shí)需要墊好墊片，再用8枚M16的螺栓進(jìn)行緊固。每?jī)晒?jié)管道拼裝需要3人配合，花費(fèi)約5min時(shí)間。在安裝進(jìn)水管時(shí)需根據(jù)水位情況，把多節(jié)鋼皮管及單向閥整體安裝好并通過(guò)起重設(shè)備吊裝入水中。而且進(jìn)水管密封性要求高，如果接頭處漏氣，進(jìn)水管無(wú)法達(dá)到真空狀態(tài)，將導(dǎo)致抽水失敗。另外鋼皮管一般常備30°、45°和60°的彎頭，如果現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，遇非常規(guī)角度的地形，鋼皮管安裝難度較大甚至無(wú)法安裝。混流泵的出水口離地面高度為1.2m，當(dāng)出水口安裝鋼皮管時(shí)，由于鋼皮管本身自重再加上管道內(nèi)水的重量，導(dǎo)致出水口的鋼皮管易產(chǎn)生較大彎矩而發(fā)生形變甚至開(kāi)裂，因此須對(duì)出水口的鋼皮管加裝支撐架。

4.7 注水孔注水效率低，存在安全隱患

根據(jù)機(jī)動(dòng)式混流泵出水過(guò)程，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)前，須通過(guò)混流泵注水孔對(duì)泵體腔內(nèi)進(jìn)行注水，使腔內(nèi)達(dá)到真空狀態(tài)方能抽水排澇，開(kāi)機(jī)后必須迅速密封注水孔。原先注水孔塞為螺栓形，當(dāng)水注滿時(shí)，必須快速壓上塞子并快速旋入，否則泵體腔內(nèi)的水會(huì)因內(nèi)壓從注水孔往外噴濺到四周，影響啟動(dòng)設(shè)備的電氣部件及周圍其他設(shè)備，存在安全隱患。另外注水孔孔徑與外部注水管道不配套，因此在注水時(shí)有大量水外流，沒(méi)有有效注入腔體，影響注水效率。

5 優(yōu)化改造措施和建議

針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)機(jī)動(dòng)式混流泵進(jìn)行改造及優(yōu)化設(shè)計(jì)后，改造后結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)動(dòng)式混流泵改造結(jié)構(gòu)

5.1 一體化架設(shè)計(jì)

改造后的一體化架具有以下5大功能。

a.整合設(shè)備。用槽鋼切割焊接而成多功能一體化架，根據(jù)混流泵與柴油機(jī)的裝配位置開(kāi)設(shè)固定孔位，用螺栓進(jìn)行固定，同時(shí)設(shè)置相關(guān)附件區(qū)域。該一體化架使混流泵、柴油機(jī)、啟動(dòng)電瓶等相關(guān)設(shè)備整合在一起，形成模塊化設(shè)備，減少裝卸車及現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。

b.增加設(shè)備的移動(dòng)方式。原先設(shè)備移動(dòng)只能通過(guò)起重設(shè)備進(jìn)行吊裝移動(dòng)，在保證一體化架強(qiáng)度的前提下，增加托盤(pán)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)一體化架槽鋼進(jìn)行鏤空處理，形成叉車插孔，即通過(guò)叉車也可以運(yùn)輸機(jī)動(dòng)式混流泵，見(jiàn)圖2。當(dāng)需要人工移動(dòng)設(shè)備時(shí)，只需1名工作人員使用手推式液壓叉車插入底座，抬升起泵組后，就能輕松移動(dòng)設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，并能精確定位泵組。真正體現(xiàn)其靈活性和機(jī)動(dòng)性，見(jiàn)圖3。

圖2 電動(dòng)叉車移動(dòng)

圖3 人力手推液壓叉車移動(dòng)

c.增加吊點(diǎn)。搶險(xiǎn)隊(duì)根據(jù)一體化架上各設(shè)備的位置，科學(xué)計(jì)算重心位置，并根據(jù)重心設(shè)置吊點(diǎn)，確保機(jī)動(dòng)式混流泵整體吊裝快速平穩(wěn)，見(jiàn)圖4。

圖4 增設(shè)吊點(diǎn)

d.增加皮帶松緊度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。把一體化架上固定柴油機(jī)的螺栓孔開(kāi)設(shè)為長(zhǎng)頸孔，并在柴油機(jī)支架處兩側(cè)平行焊接兩個(gè)螺帽，使螺栓旋入螺帽中。通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺栓，使螺栓對(duì)柴油機(jī)產(chǎn)生作用力。從而調(diào)節(jié)柴油機(jī)與混流泵的相對(duì)距離，進(jìn)而對(duì)皮帶起到微調(diào)的作用，更好地發(fā)揮其傳動(dòng)效率。

e.增加設(shè)備的場(chǎng)地平穩(wěn)性。在一體化架底部焊接整塊鋼板，使設(shè)備對(duì)地面的受力面積增大，壓強(qiáng)減小，當(dāng)遇到地質(zhì)松軟地形，加裝鋼板后避免設(shè)備陷地、傾斜等情況，使其運(yùn)行平穩(wěn)，消除安全隱患。

多功能一體化架的使用，使整個(gè)設(shè)備的出動(dòng)過(guò)程和安裝過(guò)程時(shí)間大大縮短，提高設(shè)備運(yùn)輸?shù)撵`活性和安全性。

5.2 進(jìn)出水管改造

采用保爾接頭作為進(jìn)出水管的接頭，僅需2～3人花費(fèi)10s便能完成兩節(jié)管道的拼接。

不同種類進(jìn)出水管道材料對(duì)比見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)比最終進(jìn)水管采用PVC鋼絲管。PVC鋼絲管相對(duì)于鋼皮管具有重量輕，安裝時(shí)無(wú)須使用其他吊裝設(shè)備，整體密封性強(qiáng)，具有一定柔韌性且彎曲半徑小等優(yōu)點(diǎn)。

表1 不同種類進(jìn)、出水管道材料參數(shù)

出水管盡可能采用涂塑水帶，涂塑水帶相對(duì)于鋼皮管具有重量輕，收納體積小等優(yōu)點(diǎn)。在遇到急彎等水頭損失較大的情況下采用PVC鋼絲管過(guò)渡以減小水頭損失。因?yàn)榛炝鞅玫某鏊陔x地面1.2m，如果直接接入涂塑水帶，由于涂塑水帶本身沒(méi)有管道支撐性，出水管口會(huì)因?yàn)橥克芩畮ё灾睾退闹亓繉?dǎo)致涂塑水帶與出水管道形成折角，使出水口徑大大減小，影響出水效率。PVC鋼絲管憑借其良好的管道支撐性可解決上述問(wèn)題，因此工作人員在混流泵出水口到地面段采用PVC鋼絲管。

進(jìn)出水管采用PVC鋼絲管和涂塑水帶后，相比于鋼皮管，同等鋪設(shè)距離需要的接頭少，在彎角處無(wú)須另接彎頭，結(jié)合保爾接頭的使用，便能迅速完成進(jìn)出水管的安裝，省時(shí)省力。

5.3 注水孔改造

搶險(xiǎn)隊(duì)員采用變徑接頭對(duì)混流泵注水孔進(jìn)行變徑，由15mm變?yōu)?5mm，使混流泵注水孔與注水管口徑相配套；在泵體注水孔加裝25mm全通型球閥；并采用不銹鋼CF型快速接頭，見(jiàn)圖5。

改進(jìn)后的注水過(guò)程為：當(dāng)設(shè)備需注水時(shí)，首先打開(kāi)球閥，然后將注水泵出水管與該設(shè)備的注水孔相連接，連接完成后即可啟動(dòng)注水泵開(kāi)始注水。整個(gè)連接過(guò)程只需花費(fèi)5s。當(dāng)腔體注滿水時(shí)，可以手動(dòng)迅速關(guān)閉球閥并關(guān)閉注水泵，確保腔內(nèi)水不往外噴濺。由于整套注水管道連接處密封完整，從而使水全部有效注入腔體，大大提高注水效率和安全性。

圖5 注水孔改造

6 優(yōu)化改造后使用效果

近年來(lái)，受厄爾尼諾影響，無(wú)錫多地遭受特大降雨，特別是2016年7月宜興部分地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇。為此搶險(xiǎn)隊(duì)緊急出動(dòng)機(jī)動(dòng)式混流泵6臺(tái)套，鋼皮管共計(jì)72m，如以此案例來(lái)對(duì)比計(jì)算，改造前后效率對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 改造前后效率對(duì)比 單位：min

注由于設(shè)備在搶險(xiǎn)出動(dòng)時(shí)采用統(tǒng)籌施工，故總耗時(shí)小于整體裝、卸總用時(shí)加整體設(shè)備安裝耗時(shí)。

該機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備優(yōu)化改造項(xiàng)目實(shí)施方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相關(guān)零配件都是市面上標(biāo)準(zhǔn)件，采購(gòu)方便，易于推廣。

7 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，此次無(wú)錫市防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)對(duì)機(jī)動(dòng)式混流泵成套設(shè)備的優(yōu)化改造，大大縮短了設(shè)備的出動(dòng)、安裝時(shí)間，增強(qiáng)了設(shè)備的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高了設(shè)備的效率及安全性，擴(kuò)大了設(shè)備的適用范圍，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在未來(lái)，隨著氣象條件的日益復(fù)雜，防汛形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，該優(yōu)化改造成果定能在城市防汛搶險(xiǎn)中發(fā)揮出重要作用，保障人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。