關(guān)于開敞式雙向軸流泵技術(shù)供水改造的思考

金棋武，尹 倩，張?zhí)焐?，宋炳?/p>

（1.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全管理中心，浙江 杭州 310012；2.浙江江能建設有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江廣川工程項目管理有限公司，浙江 杭州 310020；4.平陽縣水利局，浙江 平陽 325400）

1 水泵水導軸承潤滑機理

導軸承是影響機組可靠運行的關(guān)鍵部件，軸流泵中導軸承大多數(shù)采用水潤滑的橡膠軸承或賽龍軸承等，軸承內(nèi)表面開有數(shù)條軸向的槽道，使?jié)櫥苓M入軸承與主軸之間。水導軸承在水泵的導葉體中，運行時水流經(jīng)過有一定壓力的冷卻水管流入軸承間隙，在軸承與軸頸之間發(fā)揮潤滑作用和傳遞熱量起到冷卻作用。

開敞式雙向軸流泵水流流態(tài)相對復雜，水泵上下導軸承一般長期在水面以下，冷卻水進入軸承中難以回收，直接流入河道中?；谝陨峡紤]，部分已建泵站的技術(shù)供水通常采用河道水，由過濾系統(tǒng)粗濾再精濾后進入軸承。

2 存在的問題

開敞式雙向軸流泵適合水頭小、流量低的泵站，此類泵站規(guī)模較小，水工建筑物結(jié)構(gòu)簡單，一般可節(jié)約工程造價的30%~40%，可有效減少投資，因此在浙江省地勢平緩地區(qū)廣泛應用。目前，浙江省已建的開敞式雙向軸流泵站經(jīng)過數(shù)年運行，存在以下常見問題：

（1）河道中泥砂雜質(zhì)較多，尤其是外江漲潮期間，濾水器需要頻繁手動拆洗以更換濾芯、濾網(wǎng)，并清除雜質(zhì)。甚至經(jīng)常出現(xiàn)濾水器罷工、管路堵塞導致技術(shù)供水過流流量達不到要求，使得機組開機時水導瓦溫度偏高，嚴重時影響機組正常運行。

（2）大修期間發(fā)現(xiàn)主軸軸頸和軸承磨損較為嚴重，表面坑坑洼洼，且易出現(xiàn)上下水導間隙單邊差較大，在機組運行過程中，振動、擺度、噪聲、溫度都會出現(xiàn)超標情況。

（3）一般大中型機組大修周期為3~5 a，每臺大修時間為30~60 d，人力、物力消耗較大，技術(shù)供水原因?qū)е麓笮拗芷谧兌?，甚至縮短水泵使用壽命。

圖1 濾水器內(nèi)部泥砂堵塞圖

圖2 軸頸磨損間隙圖 （0.75 mm，規(guī)范要求為0.2～0.3 mm）

3 技術(shù)改造措施

已建泵站改造需考慮各個系統(tǒng)成型的前提下，綜合最優(yōu)條件完成。因更改機組、水工建筑物、金屬結(jié)構(gòu)、配套的水網(wǎng)難度較大，故在改造前期，使用清水潤滑的可能性成為關(guān)鍵。

從源頭著手，方法一：繼續(xù)自河道取水，站前、站后水質(zhì)含泥砂量都偏大，在內(nèi)外側(cè)流道內(nèi)增加過濾凈化裝置施工困難，取水口均在水面以下，需要增設臨時圍堰，施工周期長，泵站引排水任務將受到制約。方法二：若直接取自來水，需明確是否已申請市政自來水專線，且考慮市政管路水量與泵站實際需水量是否匹配，取水口如何連通至市政水網(wǎng)，更重要的是必須解決冷卻水回收問題，節(jié)約水資源，減少能耗。

從過程著手，可以增加或改進過濾裝置。增設凈化池需考慮場地、管路連接等問題；對現(xiàn)有濾水器改造升級，需考慮成本以及成效；增設冷卻塔、自來水水車或水箱循環(huán)使用，需要計算水量并安裝冷卻器。

3.1 市政自來水供水

泵站建造之初，可行性研究階段已經(jīng)申請市政供水并確定為單線供水時，技術(shù)供水改造需要研究市政預埋水管位置和管徑，以及是否滿足開機冷卻水量要求。確定后，采取挖溝埋管方式與市政水管連接。

根據(jù)浙江省節(jié)約用水的有關(guān)要求，對開敞式泵站采用自來水供應需考慮節(jié)約用水，且冷卻水循環(huán)回收利用率達到60%以上。所以軸承部分需要減少水量損失，在上下水導軸承處新增迷宮環(huán)或上下悶板，產(chǎn)生節(jié)流效應，增強密封性，減少出水量，同時，為了節(jié)約用水，可挖建蓄水池，電動機冷卻水經(jīng)冷卻循環(huán)后可以直接將管路接回蓄水池，實現(xiàn)水循環(huán)利用。

由于上下水導都處于水面以下，即使安裝了迷宮環(huán)，仍然會有大量水量流失，按照合理性考慮，可以在機組運行的時候，使用自來水潤滑，開機后，停止自來水供應，切換至過濾后的河道水潤滑。

3.2 凈化池沉淀

在泵區(qū)內(nèi)有足夠空地的條件下，可考慮挖建凈化池，方式一為層層自然沉降法，方式二為人工過濾法。方式一：先在較高的高程位置挖建一個蓄水池，從蓄水池一側(cè)呈臺階狀往下緩流，設置幾階臺階后，挖建一個蓄水池，滿足上述步驟后，計算技術(shù)供水所需用水量，從清水池中取清水供技術(shù)供水。方式二：挖建蓄水池，池塘表面鋪設格柵、土工布、石英砂、鵝卵石等過濾裝置，待河道水過濾后，從池塘底部取清水供技術(shù)供水。

圖3 層層自然沉降法示意圖

圖4 人工過濾法示意圖

3.3 升級過濾系統(tǒng)

優(yōu)先選用復合工業(yè)自清洗過濾器，升級過濾系統(tǒng)。采用“無砂混凝土管+無紡布+石英砂+無紡布”方式，用不同級配的石英砂，利用顆粒間空隙對水中的泥砂、固體物三維過濾，在去除泥砂等固體物前提下，還可以有效去除水中的懸浮物、有機物、膠質(zhì)顆粒、微生物、氯及部分重金屬離子等，達到降低水濁度、凈化水質(zhì)的效果。從取水口處開始設置這第一道過濾，再接入自動精濾濾水器，從濾水器排污口處單獨接管路安裝獨立的反沖泵，定時反沖濾水器管道。為更好改善過濾性能，需要做到機械清淤、連續(xù)沖淤、定期自清洗，對清洗后管路、排污閥中的泥砂殘留也要及時沖洗。

3.4 水箱聯(lián)合冷卻器

泵站頂部平臺有空間的前提下，定制不銹鋼水箱，用水箱儲存清潔水，供應機組運行冷卻水循環(huán)用量。計算出導軸承以及電動機冷卻水每小時循環(huán)水量，再根據(jù)經(jīng)驗公式計算損失水量。

式中：Q為對流、蒸發(fā)、輻射掉的損失水量，m3/h；Qr為循環(huán)冷卻水量，m3/h；Pe為損失水率；△t為水底的冷卻器減少進出水的溫差，℃；k為系數(shù)，l/℃。

上述公式是現(xiàn)代循環(huán)冷卻水計算損失量經(jīng)常采用的公式，在實際計算中，Qr是按照平均開機臺數(shù)和時間、導軸承以及電動機冷卻水每小時循環(huán)水量，計算一個周期需要總冷卻水量。將Qr和Q相加得出總水量，制訂不銹鋼水箱。

水箱設計完成后，還需在水面以下安裝尾水冷卻器，并配置相應揚程的抽水泵，水箱內(nèi)的水供技術(shù)供水冷卻使用，回收至尾水冷卻器中，利用河水帶走熱量后再抽入水箱，實現(xiàn)循環(huán)。尾水冷卻器無需供電，實現(xiàn)河水自然冷卻。

圖5 水箱布置示意圖

4 措施比較

技術(shù)供水改造時，需要根據(jù)泵站的實際情況，結(jié)合外界地理物質(zhì)條件，改造預算以及泵站的引排水任務等選擇適合的改造方式，不僅要考慮技術(shù)的先進性和可行性，也要考慮改造和運行的費用成本，性能可靠以及運維簡單方便。對上述4種措施進行比較，得出：

（1）自來水供水舉措適合在可行性研究階段就聯(lián)合市政水網(wǎng)布署相應供水管路的泵站，改造費用低，改造后減少軸承磨損，增加設備使用年限和運行效率。但自來水用量大，易造成水資源浪費以及增加運行成本。此方案適合機組運行時間較短且軸承密閉的排澇泵站。

（2）挖建凈化池，方法簡單，費用一次性投入，自循環(huán)使河道水變?yōu)榍鍧嵥娱L水泵大修周期，長遠看來適合長期運行的引排水泵站改造。缺點是泵區(qū)內(nèi)必須有足夠場地可以完成2個蓄水池及配套設備的布設。

（3）升級過濾系統(tǒng)，升級后的冷卻水系統(tǒng)技術(shù)先進，使過濾效果增強，提高效率；取代原有設備，不增加占用面積。缺點是改造費用較高，在運行過程中需要定期更換濾芯，增加了運行成本。需要提高運行管理要求，定期沖洗管路。

（4）增設水箱，使用的是定量自來水，既可滿足水質(zhì)清潔的要求也解決了水資源浪費的問題；費用一次性投入，運行方便。缺點是泵站需要合適的平臺放置水箱，并安裝水下冷卻器，適合內(nèi)河水位偏高、河道寬闊的泵站。

5 結(jié) 語

有雙向功能的軸流泵站，流道的特殊構(gòu)造導致機組運行時水流態(tài)復雜，對機組冷卻水有較高的要求，隨著水泵使用年限的增加，過濾系統(tǒng)效能降低，機組大修周期縮短，影響工程效益和運行安全。合理改造耗能較多的部位，技術(shù)供水系統(tǒng)改造在開敞式流道的水泵運行中起到積極作用，保障機組在設計使用年限內(nèi)安全、穩(wěn)定、高效的運行。因此，研究總結(jié)雙向功能的軸流泵站技術(shù)供水改造措施很有意義。