引黃泵站運行中的問題及對策

舒立華，王肖肖，劉洋洋，王興英，曹金波

（1.山東省調(diào)水工程運行維護中心博興管理站，山東 博興 256500；2.山東省博興縣城鄉(xiāng)水務局，山東 博興 256500）

本文以打漁張泵站樞紐工程為實例，探討了引黃泵站進水流道、泥沙護管、技術(shù)供水等一系列改進措施，有效地減緩了引黃泵站運行中水泵的磨損，保證了水泵機組安全運行。

1 工程概況

打漁張泵站是膠東地區(qū)調(diào)水工程的首級泵站，泵站樞紐工程等別為Ⅰ等，泵站建筑物級別為1 級。泵站設(shè)計流量36.00 m3/s，校核流量39.6 m3/s，安裝5 臺1700ZLQ-6 立式軸流泵，配套5 臺900 kW 同步電機，總裝機容量4 500 kW，機組4 用1 備。站前（前池）設(shè)計水位10.35 m，校核水位10.80 m，設(shè)計揚程3.02～6.42 m。

2020年4月10日，打漁張泵站全負荷投入運行，引黃河水能力從20 m3/s 提高到39.6 m3/s。打漁張泵站建設(shè)標準化、自動化程度高，它的投入運行，標志著打漁張泵站引水工程已邁向現(xiàn)代化、智能化水利工程管理模式，最大限度緩解了膠東四市水資源短缺狀況，強力助推了膠東地區(qū)的經(jīng)濟高質(zhì)發(fā)展，是優(yōu)化山東省水資源整體配置的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。

2 黃河泥沙對泵站影響分析及對策

2.1 黃河泥沙對引黃泵站的影響

打漁張泵站自黃河取水，黃河是世界上含沙量最大的河流，年均含沙量達 37.7 kg/m3，黃河水含沙量高是造成泵站前池泥沙淤積的最根本原因。特別是機組運行初期正值黃河汛期，是一年中黃河水含沙量最高的季節(jié)，由于引水流量較設(shè)計工況小，達不到設(shè)計運用工況，水流在進水池擴散，導致進水池內(nèi)水流流速過緩，流速低于泥沙不淤積流速，易產(chǎn)生泥沙淤積，造成前池進水池泥沙淤積嚴重，據(jù)測量流道淤積深度最大值達 3.48 m，致使進水流道全部淤滿。加之該泵站前池進水池未設(shè)隔墩，5 臺水泵共享一個前池。部分機組運行時，待運行機組進水池位置產(chǎn)生大量泥沙淤積，相當于底板抬高，使機組運行啟動困難。進水池的泥沙淤積改變了進水池的水力條件，甚至在進水池中產(chǎn)生旋渦使水泵進氣，引起汽蝕、振動，造成泵軸和水導軸承磨損。

通過打漁張泵站現(xiàn)場調(diào)研、查閱資料、現(xiàn)場檢測和設(shè)備返廠檢測核查，經(jīng)綜合分析認為，以下幾種情形導致的機組擺動幅度增大是泵軸磨損的主要原因：①水泵進水喇叭口底部泥沙淤積致使進口水深減小甚至堵塞，進水流態(tài)發(fā)生變化，機組啟動瞬間動負荷較大，啟動困難；②全調(diào)節(jié)葉片調(diào)節(jié)不同步、葉片受樹根等雜物纏繞影響，導致水泵葉輪的平衡受到破壞，擺動幅度增大；③運行期間供水任務重、調(diào)水不能間斷，未能及時對機組進行檢修檢查；④進入導軸承的泥沙加速了泵軸磨損。

2.2 引黃泵站防泥沙的對策

2.2.1 水泵全流道進行模型試驗

2021 年 6 月，揚州大學電氣與能源動力工程學院對引黃濟青工程打漁張泵站前池泥沙淤積工程處理方案進行了模型試驗，2021 年 7 月，揚州大學電氣與能源動力工程學院完成了《引黃濟青工程打漁張泵站水力物理模型實驗研究報告》（2021 年 7月），報告主要結(jié)論如下：

（1）特征斷面流速斷面分布測試

1）一臺機組運行時配水渠水流平順，無漩渦和強回流區(qū)，流態(tài)較好；在設(shè)計水位和校核水位下，配水渠向中間一臺機組配水均勻；水面流態(tài)平順，無強漩渦和回流區(qū)。

2）兩臺機組運行時，水流在坡降擴散段的外側(cè)形成了局部的低速脫流區(qū)，2-2 斷面至 4-4 斷面流速分布不如一臺機組運行時均勻；進水流道進口處（斷面1-1）流速分布較均勻，未明顯受漩渦影響。

3）由于設(shè)計水位與校核水位水位差較小，在兩個水位下測得流速分布規(guī)律與現(xiàn)象基本一致；3 個流量工況（設(shè)計流量Q=102.4 5m3/h、1.2Q、0.8Q）下開啟一臺機組的流速分布規(guī)律與現(xiàn)象基本一致，兩臺機組大流量運行時，在坡降擴散段的外側(cè)形成的低速脫流區(qū)比小流量更大。

（2）泥沙沉降實驗研究

1）試驗結(jié)果表明，泥沙的起動現(xiàn)象是具有隨機性的動態(tài)過程，起動初期底板產(chǎn)生小附底渦卷起泥沙，隨著流速增加，水流開始間歇性沖刷并帶走泥沙；當流速很大時，底部產(chǎn)生回流，將泥沙朝反方向沖起，此時水流開始變渾濁，泥沙幾乎全被裹挾沖走。

2）不同工況和開機組合的泥沙起動試驗表明，打漁張泵站泥沙起動的水流平均流速約為15 cm/s。

依據(jù)以上模型試驗結(jié)論，打漁張泵站前池及進水池增設(shè)隔墩后，水流平順，無明顯不良流態(tài)；根據(jù)模型試驗結(jié)果可知，泥沙起動流速為0.15 m/s,增設(shè)隔墩后，流道內(nèi)水流流速均大于0.15 m/s，有利于減少泥沙淤積。

2.2.2 前池增設(shè)隔墩，增加進水道

GB50265-2010《泵站設(shè)計規(guī)范》中7.2.3 規(guī)定：多泥沙河流上的泵站前池應設(shè)隔墩分為多條進水道。泵站前池新增2 道隔墩，共分為3 條進水道，邊機組2 臺泵一條進水道，中間機組1 臺泵一條進水道，具體布置詳見圖1。進水道型式采用U 型槽，U型槽頂部設(shè)聯(lián)系梁，隔墩首端與泵站進口閘中墩銜接，末端與泵站工作橋中墩銜接。改造清污閘，配備2 臺帶消防水槍的增壓泵，用于機組開機運行前的沖沙清淤等，有效解決了黃河泥沙淤積問題。

圖1 前池隔墩及進水道平面布置圖

2.2.3 增設(shè)機組主軸護套，有效減少泥沙進入泵軸，減緩磨損

由于黃河水含沙量大，泵軸完全暴露于水中，水中泥沙進入水導軸承，一定粒徑、硬度的泥沙通過水泵時，產(chǎn)生沖刷磨蝕力，導致金屬表面微細顆粒層層磨剝而引起表面破壞，增加了泵軸與軸承的磨損。高速含沙水流在金屬凹凸不平的表面形成旋渦和折曲，沙粒對表面形成反復沖擊使壁面破壞。因此在泵站抽送黃河水，水泵應配備主軸護套，以將導軸承與水體隔離，確保葉片轉(zhuǎn)軸的可靠性，以減緩磨損。

2.2.4 加強含沙量、淤積情況監(jiān)測

目前泥沙對泵站的危害仍然存在，應對水流含沙量和淤積情況進行監(jiān)測，以便在管理上采取保護水泵和改善流態(tài)的措施。在泵站實際運行過程中，運行管理單位對進水含沙量進行檢測，還應對進水池內(nèi)泥沙淤積部位和高度進行監(jiān)測，并及時對出水水流的含沙量、渠道輸沙量和淤積情況進行測量分析。

2.2.5 加強巡查，發(fā)現(xiàn)機組異常及時處理

機組拆解過程中發(fā)現(xiàn)樹根等雜物卡在葉片轉(zhuǎn)軸處，水泵葉片纏有雜物，會造成葉片角度不對稱、葉輪部件不平衡，引起水泵振動，出現(xiàn)電動機超負荷現(xiàn)象；同時，全調(diào)節(jié)葉片調(diào)節(jié)不同步導致轉(zhuǎn)輪運行中不平衡，產(chǎn)生振動，擺動加大。加密攔污柵，及時巡查，發(fā)現(xiàn)異常時，停機處理水泵葉輪雜物纏繞，確保平穩(wěn)運行。

2.2.6 完善技術(shù)供水系統(tǒng)

按設(shè)計文件說明要求，水泵導軸承潤滑用水、電機冷卻用水單機耗水量為9.6 m3/s，水壓為0.15 MPa?，F(xiàn)有導軸承、電機冷卻技術(shù)供水管路只有壓力監(jiān)測設(shè)施，增設(shè)電子流量閥，對技術(shù)供水的水量進行實時監(jiān)測，確保技術(shù)供水的水量。

2.2.7 加強沉降位移觀測

打漁張泵站為新建泵站，每月對沉降位移觀測一次，做好記錄，以便在泵站維修中提供可靠參數(shù)。

2.2.8 增加水泵軸強度

為加強泵軸耐磨，1700ZLQ9-6 型軸流泵原軸45 鍛鋼更換為40 鉻，強度提高15%～20%。

3 結(jié)束語

由于本泵站運行受含沙量大的黃河水影響，為減少流道淤積和泵軸的磨損，不能采用常規(guī)運行方法，為此經(jīng)多方探討、研究，確定了行之有效的運行方案，運行效果良好，達到了預期目的，從而保證了工程整體目標的順利實現(xiàn)。