斜流泵在水力輸送中的應(yīng)用分析

李勇智

（松遼委察爾森水庫管理局,內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137400）

1 特點

1.1 結(jié)構(gòu)特點

在水利建設(shè)中，為改變水流原有狀況廣泛使用各種形式的水泵，其中斜流泵目前在生產(chǎn)生活中應(yīng)用較多，現(xiàn)對其本身的特點和使用中易出現(xiàn)的問題及注意事項分別進行論述，以利于更好發(fā)揮作用。

斜流泵又叫做導葉式混流泵，可分為不可抽出式和轉(zhuǎn)子可抽出式、泵整體可抽出式。泵通過剛性或彈性聯(lián)軸器由電機直接驅(qū)動。泵的軸承通常用橡膠導軸承或賽龍軸承,泵軸通常設(shè)置護管，護管內(nèi)充有潔凈的壓力水，用于導軸承的潤滑和沖洗，水量可由流量繼電器控制，保證不能缺水損壞軸承，當泵用于輸送污水或含有較大顆粒的水時，導葉體內(nèi)的導軸承末端設(shè)有停車自動軸封裝置，以防泵停止后雜質(zhì)進入軸承內(nèi)。立式斜流泵葉輪分為整體葉輪或組合葉輪。如果是輸送海水等含鹽分較多的泵，除采用耐腐蝕的材料外，還可采用犧牲陽極法和外部電源法陰極保護裝置，以防止泵零件的電化學腐蝕。泵的軸向力由電機的止推軸承或泵的推力軸承承受。

1.2 運行特點

通常使用的抽水泵中，軸流泵適合大流量、低揚程情況下使用，但效率范圍窄，不能在揚程變化大的場合使用；離心泵的水力性能比較優(yōu)良，但不適合在較低的揚程下使用。斜流泵（混流泵）抽水利用了軸流泵和離心泵的綜合原理，其性能介于軸流泵和離心泵之間，具有易啟動及效率高等顯著特點，是一種性能和結(jié)構(gòu)介于軸流泵和離心泵之間的水泵，補償了兩者的缺點同時具有兩者的優(yōu)點，是比較理想的泵型，使用的范圍正在向傳統(tǒng)離心泵和軸流泵的領(lǐng)域擴展。應(yīng)用中通過合理的設(shè)計并對葉輪、葉片角度進行調(diào)節(jié)，斜流泵可以實現(xiàn)大范圍的高效穩(wěn)定的運行。目前，大型火電站和核電站中使用的循環(huán)水泵中斜流泵超過了90%，其中最大口徑可達到4 m。

2 斜流泵的應(yīng)用

斜流泵主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的電站循環(huán)水、市政給排水、區(qū)域調(diào)水、農(nóng)業(yè)灌排水等，近些年在核電、艦船噴水推進方面也得到應(yīng)用。國外優(yōu)秀生產(chǎn)廠家有美國英格索蘭、英國威爾公司、德國KSB公司、日本日立公司、日本荏原公司等。由于海洋工作環(huán)境特殊，下面主要以其在海水中的應(yīng)用舉例。

日本荏原公司為某電廠提供的海水循環(huán)泵，泵體供水流量大、抗腐蝕，能夠提供足夠的壓頭且運行穩(wěn)定。由于該電廠經(jīng)常滿負荷，所以該循環(huán)泵為工頻運行，共5臺泵供2臺機組運行，每臺機組由2臺泵供水，另外1臺循環(huán)泵為2臺機組做備用。循環(huán)泵的啟停為一鍵啟停，可靠性較高，保證了管道系統(tǒng)的安全性，可防止玻璃鋼管道系統(tǒng)受不穩(wěn)定工況如系統(tǒng)倒水拉真空和水錘破壞。為防止冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)破壞性水錘，在凝汽器高壓側(cè)前水室上安裝2臺DN150電磁真空破壞閥。當機組內(nèi)所有水泵停運時，真空破壞閥打開進氣破壞真空，以預(yù)防系統(tǒng)中出現(xiàn)斷流彌合水錘。正常或事故停泵工況下，冷卻水系統(tǒng)水錘最大壓力均小于25.00 m水柱；當每臺機組2臺冷卻水泵突然停運時，凝汽器低壓側(cè)后水室出現(xiàn)最大負壓-9.50 m水柱。工程冷卻水系統(tǒng)閥門推薦關(guān)閉規(guī)律為第一階段8~10 s關(guān)閉80°，其余角度在20~30 s內(nèi)關(guān)完，水泵倒轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速0.36倍以內(nèi)。啟泵時采用60 s勻速開閥的形式進行，當開閥門角度為3°時，連鎖開啟冷卻水泵。起泵時管道系統(tǒng)最大壓力不超過32.00 m，是安全的。

電廠冷卻系統(tǒng)由水下箱涵、前池、過濾裝置、循環(huán)泵、熱量交換裝置、排水裝置等設(shè)備設(shè)施構(gòu)成，海水經(jīng)海面下取水口由于泵運行形成的靜壓差經(jīng)取水箱涵到達露天的前池，在經(jīng)過格柵-旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)進入循環(huán)泵的吸入口，經(jīng)過凝汽器的虹吸和換熱后進入排水系統(tǒng)，再經(jīng)脫硫和還原后得到合格的回水，并排入海洋，沿途的箱涵、管道、水池設(shè)有若干的通空氣閥門和通氣口，用以保護系統(tǒng)免受沖擊并保證運行的穩(wěn)定性，從運行效果看，符合該電廠的設(shè)計需求。

3 斜流循環(huán)泵在使用過程的注意事項

1）在使用流量開關(guān)確定電機的額定冷卻水量后，應(yīng)等待一段時間（約30 s）后再行啟動泵。

2）在泵安裝完畢或重新組裝后的首次運行時，應(yīng)先開機，待運行4～5 s后再關(guān)機，檢查泵的轉(zhuǎn)向是否正確及有無不正?，F(xiàn)象；如無任何不正常現(xiàn)象，再重新開機，并運轉(zhuǎn)一小段時間（大約3 min），檢查是否有喘振、振蕩、噪聲等反?，F(xiàn)象，然后再檢查確定泵殼中的空氣是否由排氣閥完全排出；如果運轉(zhuǎn)狀況合格，則可繼續(xù)保持泵的運轉(zhuǎn)。

3）一般在啟動泵后3 min內(nèi)打開泵的出口閥。

4）雖然泵可在指定的整個工作范圍(排量約為27 000～45 000 m3/h)內(nèi)運行，但若有振動、雜音及氣穴現(xiàn)象，應(yīng)盡量避免在低于最小持續(xù)流量和高于最大流量的工況下長時間運行；如的確需要在上述工況下運行，則應(yīng)將運行時間盡量縮短；關(guān)閉模式下的運行時間不得超過3 min。

5）檢查填料密封，如不合適可調(diào)節(jié)壓蓋螺栓，保證應(yīng)有少量水能從填料密封持續(xù)滲出。

6）應(yīng)注意任何異常噪音及振動，如有空氣或異物進入泵體，或設(shè)備運行點發(fā)生變化，或在排出管路出現(xiàn)誤操作和閥體故障，則會產(chǎn)生異常噪音和振動。此時泵的排出壓力可能波動很大，或電機儀表讀數(shù)發(fā)生突變，在此情形下，應(yīng)立即檢查故障現(xiàn)象并查明故障原因。

7）檢查電機溫度檢測器，泵開始運行后應(yīng)特別注意電機軸承的溫度升高是否正常。在電機軸承的溫度趨于穩(wěn)定后，也應(yīng)不時檢查其溫度，如發(fā)現(xiàn)電機軸承發(fā)生任何異常升溫現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)停泵，并查明原因。

8）檢查電機軸承的潤滑油位應(yīng)符合要求。

9）檢查電機的冷卻水量供給應(yīng)保證充足。

10）如發(fā)生以下輕微故障，應(yīng)立即檢查并查明故障原因：①泵體振動不正常；②電機軸承溫度異常上升；③電機定子溫度異常上升；④電機冷卻水低于正常水平。

11）如發(fā)生以下重大故障，應(yīng)立即關(guān)停泵，并同時完全關(guān)閉排出閥：①電機超載；②啟動延時；③電機推力軸承溫度上升超過緊急狀況限制；④吸入水量低于緊急狀況限制。

12）應(yīng)注意其他儀表和計量器。

13）在排出閥完全閉合后，再行關(guān)泵。

14）在確定泵完全關(guān)閉后，關(guān)停電機的冷卻水進水。

15）如果泵因停電而關(guān)閉，應(yīng)先關(guān)閉電源開關(guān)，然后再行關(guān)閉排出閥，這可防止泵在電源恢復(fù)時突然啟動。

16）延長停機期間的維護：應(yīng)對泵定期進行維護，以便隨時進行操作?？赡芮闆r下，每月操作泵1次。

4 斜流循環(huán)泵配合設(shè)備及其使用要求

1）循環(huán)泵出口液控蝶閥使用要求：液控蝶閥既可就地控制操作，也可在控制室遠程操作，系統(tǒng)配備有遠控/就地操作切換開關(guān)。就地操作一般在系統(tǒng)第1次啟動或調(diào)試檢修時使用，正常運行時均接受遠程控制。在操作盤上可顯示其運行狀態(tài)，故障報警。由于電廠循環(huán)泵為主要輔助設(shè)備，如果操作異常或故障均可能導致循環(huán)水中斷、機組跳閘，成為安全生產(chǎn)的重大隱患，而液控蝶閥又在循環(huán)泵的啟停和事故處理時起著關(guān)鍵性的作用，這就要求液控蝶閥要具有高可靠性，避免機組因其停機和系統(tǒng)損壞。一般電廠選用重錘式液控蝶閥，保證危機情況能快速關(guān)閉，同時蝶閥所用的電源為分段獨立的保安電源和自備直流電源，完全可以保證事故情況下電源的絕對可靠。

2）攔污柵的使用要求：攔污柵布置在前池后、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前，主要作用是過濾較大尺寸的雜物，防止旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)突然堵塞跳閘?；具壿嫞寒斎我慌_攔污柵前后水位差達到200 mm時（可在100~300 mm之間調(diào)節(jié)），清污機自動移動到該攔污柵處，開啟清污機及耙斗進行耙草（雜物）；清污機連續(xù)運行20 min（可調(diào)），水位差降至80 mm（可調(diào)）以下，則停止清污機及耙斗運行；如運行20 min后水位差未達80 mm以下，則繼續(xù)運轉(zhuǎn)，同時在控制臺報警并向DCS發(fā)出報警信號；每隔24 h（自行設(shè)定），清污機及耙斗按從1~5號攔污柵逐臺運行1次，每次運行時間可設(shè)為10 min左右；當任一臺攔污柵前后水位差達300 mm以上時，PLC控制系統(tǒng)將發(fā)送信號至機組DCS系統(tǒng)，報警通知值班人員立即到達現(xiàn)場檢查原因并及時處理，同時將信號傳送至清污機控制臺。

3）旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的使用要求：旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)布置在循環(huán)泵的入口流道內(nèi)，作用是保證循環(huán)水系統(tǒng)清潔無雜物，避免系統(tǒng)阻塞和污染。當濾網(wǎng)內(nèi)的雜物未來得及清理，會導致濾網(wǎng)堵塞，濾網(wǎng)自動跳閘。嚴重時會導致循環(huán)泵入口水位下降，水位過低或低于水泵必須汽蝕余量，導致水泵的出力下降，機組被迫降負荷，或循環(huán)泵和機組跳閘，所以旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的維護和正常運行也非常重要。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)運行的基本邏輯和攔污柵的控制原理相同，也是通過自動控制沖洗水泵保證濾網(wǎng)作用正常發(fā)揮及出現(xiàn)問題故障報警，為進入循環(huán)泵的水源進一步發(fā)揮過濾作用。

5 經(jīng)常出現(xiàn)的問題及解決辦法

斜流循環(huán)泵在以海水為介質(zhì)的工況下運行情況最為復(fù)雜，循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用中還要注意以下事項。

1）前池和涵道積沙，由于海水受季風和洋流的影響，每年季風期都會在循環(huán)泵入口前的涵道和前池中沉積大量的積沙，每年均會定期清理，需要占用大量的維護費用。尤其是海底涵箱的清理要求較高的工藝條件，為了減少積沙，如必須在易攜砂的近海取水，在設(shè)計方面應(yīng)考慮降低清沙難度，比如取水使用開放式系統(tǒng)。

2）軸系損壞情況，因循環(huán)泵的軸系較長，測點大多布置在基礎(chǔ)臺板以上，臺板以下的軸系產(chǎn)生較大的振動時無法監(jiān)控，當軸晃較大時就會加大動靜磨損，尤其是當攜沙的海水進入軸承內(nèi)將使軸系嚴重損壞。為避免以上情況出現(xiàn)，應(yīng)改進循環(huán)泵的密封冷卻水系統(tǒng)，合理判定泵體振動，當產(chǎn)生較大的軸晃和電流擺動時應(yīng)立即切換運行泵并檢查軸系損壞情況，避免延誤早期維護。

3）管道系統(tǒng)損壞，主要是預(yù)防循環(huán)泵出口段管道的損壞，主要包括水錘和系統(tǒng)倒水拉空損壞管道系統(tǒng)，應(yīng)定期做好通氣閥活動實驗和循環(huán)泵啟停切換實驗，避免手動啟停和切換循環(huán)泵，嚴格按照自動步序進行操作管理，保證系統(tǒng)壓力平穩(wěn)變化。

4）循環(huán)泵跳閘的應(yīng)急處理，循環(huán)泵應(yīng)保證良好的備用狀態(tài)，發(fā)生跳閘時如備用泵未聯(lián)動，在系統(tǒng)壓力大量損失時禁止手動強啟備用，以免發(fā)生系統(tǒng)沖擊損壞承壓部件，導致系統(tǒng)跑水和水淹廠房事件。

6 結(jié)語

斜流泵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用范圍日漸廣泛，具體使用方式根據(jù)環(huán)境條件和要求各有不同，控制系統(tǒng)自動化程度和附屬設(shè)備、設(shè)施也不盡相同，上文舉例論述的情況是比較復(fù)雜的，但無論何種使用方式按照提到的操作注意事項和維護保養(yǎng)要求進行使用，對輸水系統(tǒng)利用效率和泵體使用壽命都是十分有益的。