王雙戰(zhàn)

摘要:泵站攔污柵在使用過程中,出現(xiàn)阻塞、銹蝕、振動(dòng)及清污等多方面問題, 結(jié)合任丘市任丘淀邊泵站對攔污柵在泵站運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及其對泵站的影響作分析 ,探討泵站攔污柵的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞:泵站；攔污柵；阻塞等問題；造成影響；改進(jìn)措施

中圖分類號：TV675文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 前言

攔污柵作為泵站的重要組成部分,在防止漂浮物及潛移物質(zhì)進(jìn)入泵站,確保泵站的安全運(yùn)行方面起到了不可替代的作用。任丘淀邊泵站位于大清河下游白洋淀東部，包括古州、茍各莊、西大務(wù)3座泵站，本文結(jié)合任丘市任丘淀邊泵站對攔污柵在泵站運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及其對泵站的影響作分析,以此引起對攔污柵問題的重視,使泵站能發(fā)揮更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 攔污柵在使用中的常見問題

2.1 攔污柵發(fā)生阻塞問題

攔污柵的作用就是阻止水草、樹根、樹葉、生活垃圾、浮冰等等異物進(jìn)入進(jìn)水流道,防止其進(jìn)入泵站結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,對水工建筑物和水力機(jī)械造成危害,使泵站的運(yùn)行受到影響。但是水流所帶來的雜物碎塊的數(shù)量無法預(yù)期估計(jì)和控制,所以攔污柵前堆積的污物不能及時(shí)的清理,使得攔污柵發(fā)生阻塞,增加了攔污柵前后的水位差,即增大水流對攔污柵的沖擊力,嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生攔污柵結(jié)構(gòu)的變形，增加了泵站運(yùn)行能量消耗,引起水泵汽蝕、機(jī)組振動(dòng)、泵站被迫停機(jī)、水泵電機(jī)的損壞等,其危害極大。

2.2 攔污柵發(fā)生銹蝕問題

一般攔污柵為大多是普通鋼質(zhì)材料或者鑄鐵材料制成的,常年在水中浸泡,缺乏必要的養(yǎng)護(hù)，必然會(huì)產(chǎn)生一定的銹蝕。攔污柵發(fā)生銹蝕會(huì)導(dǎo)致攔污柵過水面積減少,增加水頭損失,減小了水泵的過流能力,同時(shí)也影響了水泵的效率。

2.3 攔污柵的振動(dòng)問題

泵站攔污柵在使用過程中,由于對攔污柵動(dòng)力特性方面考慮不周從而導(dǎo)致攔污柵破壞損傷事件經(jīng)常出現(xiàn)。柵條振動(dòng)究其原因主要有水流激振、自振頻率，其中前者是攔污柵破壞主要原因。水流在通過攔污柵時(shí), 在局部損失發(fā)生的范圍內(nèi),柵條尾部脫流產(chǎn)生的卡門渦街引起橫向激振力,該激振力的頻率隨流速的增加而增加。當(dāng)攔污柵表面作用力的頻率與攔污柵的固有頻率一致或接近時(shí),將引起攔污柵共振,從而導(dǎo)致攔污柵的破壞。

2.4攔污柵清污存在的問題

排灌泵站一般年均運(yùn)行時(shí)間較短,依任丘的實(shí)際調(diào)查，一年中有80%-100%的時(shí)間清污機(jī)處于閑置狀態(tài),在露天環(huán)境中難以達(dá)到良好的維修保養(yǎng),所以一旦泵站開機(jī)運(yùn)行,清污機(jī)卻不能保證正常工作,緊急時(shí)刻只能采用人工進(jìn)行清污，這種方式需要在較小的水流速度情況下進(jìn)行,且只能撈表面浮物,當(dāng)攔污柵上下游水位差大到一定程度,上部水流流速加快,就無法打撈水面以下的卡阻物。

任丘市任丘淀邊泵站在更新改造以前，攔污柵前的垃圾采用汽車吊撈和船撈兩種清污方式,但因垃圾量大,致使這兩種清污方式工作效率不能滿足，都達(dá)不到理想的效果。又因采用真空破壞閥停機(jī)斷流方式,停機(jī)時(shí)水泵內(nèi)和水泵至真空破壞閥下側(cè)出水流道的大量水?dāng)嗔骱蟮构噙M(jìn)水流道,造成攔污柵面瞬時(shí)水壓差變大,倒灌水流猛然從里向外反向沖刷攔污柵,攔污柵上的雜草異物被吸入進(jìn)水池,無法清污。

3 攔污柵對泵站的影響

攔污柵對泵站的影響可以從水力損失、工作點(diǎn)的改變、空化空蝕、振動(dòng)、噪音、能量和經(jīng)濟(jì)損失等不同的方面考慮：

3.1 水流通過攔污柵產(chǎn)生水力損失

攔污柵的水力損失由兩部分組成:其一為固有水頭損失,即水流在通過攔污柵時(shí),柵條對水流有局部的阻礙作用,產(chǎn)生局部水頭損失。另一部分附加水頭損失,其產(chǎn)生的原因是由于攔污柵所攔截的污物部分地堵塞柵孔,或水流的腐蝕作用而導(dǎo)致攔污柵的銹蝕,使其原有的邊界條件改變,加劇了對水流的阻礙作用,致使過柵的局部水頭損失增加， 攔污柵局部水頭損失的產(chǎn)生導(dǎo)致多種不良的影響,如工作點(diǎn)的改變,產(chǎn)生振動(dòng),以及由此而產(chǎn)生的其他后果。

3.2 加劇水泵空化和空蝕

攔污柵阻塞使水泵工況點(diǎn)發(fā)生變化,水泵工況點(diǎn)流量減小。這樣進(jìn)入葉輪內(nèi)的水流方向偏離設(shè)計(jì)工況,由于葉片和葉輪室間有間隙而產(chǎn)生回流以及葉片產(chǎn)生的二次回流,導(dǎo)致水流的旋轉(zhuǎn),當(dāng)旋轉(zhuǎn)達(dá)到某種強(qiáng)度時(shí)旋轉(zhuǎn)流中心壓力下降而形成渦帶,當(dāng)葉輪進(jìn)口壓力降到一定值時(shí),葉片背面會(huì)發(fā)生空化現(xiàn)象,當(dāng)壓力繼續(xù)降低時(shí),就會(huì)發(fā)生空蝕,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致葉片背面空蝕區(qū)域從葉片進(jìn)口端向葉片中部發(fā)展。

水泵發(fā)生空化、空蝕時(shí),大量汽泡的存在改變了流道內(nèi)特別是葉輪內(nèi)過流面積和流動(dòng)方向,從而使葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到破壞,能量損失增加,引起流量、揚(yáng)程及效率的下降,甚至達(dá)到斷流,嚴(yán)重破壞水泵工作性能。

另外，由于氣泡連續(xù)發(fā)育膨脹和潰滅而產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)葉內(nèi)部,造成了轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)距的脈動(dòng),引起軸功率的波動(dòng),且發(fā)出巨大的噪音,使運(yùn)行不穩(wěn)定,并影響機(jī)組效率。當(dāng)脈動(dòng)頻率接近水泵或某些部件的固有頻率時(shí),會(huì)引起較大的振幅。

3.3 機(jī)組頻繁開停機(jī)

為了排除攔污柵的阻塞就要對攔污柵及時(shí)進(jìn)行清污,若采用人工清污或效率低的機(jī)械清污, 因清污工作效率低，要頻繁的開停機(jī),這不僅對泵站運(yùn)行不利而且對電機(jī)的性能和絕緣設(shè)備帶來威脅。同時(shí)由于每次開停機(jī)所引起水泵裝置的過渡過程對泵站的危害更大,由于工況的變化而產(chǎn)生的非恒定流會(huì)引起整個(gè)機(jī)組的壓力發(fā)生激烈的變化,產(chǎn)生振動(dòng)破壞。

3.4 能量損失與經(jīng)濟(jì)損失

首先，由于攔污柵的阻塞,使得進(jìn)入水泵的水量減小,出水口水頭也隨之降低,機(jī)組沒有在高效區(qū)工作,效率變小,造成能量損失,嚴(yán)重的造成水泵損壞，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失。其次，泵站在運(yùn)行過程中由于河道內(nèi)的生活垃圾、植物秸稈等對攔污柵阻塞嚴(yán)重，為保證泵站的正常運(yùn)行，必須對阻塞物進(jìn)行清理，耗用大量的人力及機(jī)械設(shè)備，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失非常之大。

4 綜合分析，提出泵站攔污設(shè)施的改進(jìn)

根據(jù)以上分析，結(jié)合任丘市淀邊泵站更新改造及施工過程中的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對泵站攔污設(shè)施提出以下改進(jìn)建議：

(1) 不定時(shí)的對欄污柵進(jìn)行檢查，如有漆皮脫落、生銹現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)對其進(jìn)行除銹刷漆，除銹時(shí)表面達(dá)到無污垢油脂、無鐵銹、油漆附著物，后用環(huán)氧富鋅漆做底漆、氯化橡膠漆做面漆進(jìn)行噴涂，以確保欄污柵的使用壽命及泵站運(yùn)行安全。

(2)結(jié)合泵站攔污柵結(jié)構(gòu)與水頭損失關(guān)系，加強(qiáng)柵條的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究力度,使得過柵流態(tài)有利于減小空化、空蝕和振動(dòng)。

(3)針對攔污柵的振動(dòng)，加固攔污柵可以改變攔污柵自振頻率，避開和水流激振的共振頻率，達(dá)到減振的目的 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，攔污柵的柵條采用不規(guī)則的間距，用螺栓連接，設(shè)置攔污柵斜撐，同時(shí)在攔污柵橫撐上通過夾緊連接將攔污柵固定在加勁構(gòu)件上，可以防止攔污柵的有害振動(dòng)。

(4)開展泵站攔污柵堵塞、銹蝕影響水頭損失的試驗(yàn)研究和理論研究,尋求更高效的清污方式,保證攔污柵得到及時(shí)有效的清污。

(5)在今后的泵站更新改造時(shí)，建議采用新式泵前除污、攔污設(shè)備--清污機(jī)。清污機(jī)有回轉(zhuǎn)式、移動(dòng)式、格柵式、抓斗式等多種形式，選用清污機(jī)時(shí)，要根據(jù)泵站工程的特點(diǎn)、污物數(shù)量和種類等因素來綜合考慮。保證水電站或泵站得以安全、正常地運(yùn)行，以便在不停機(jī)和不放空水的條件下進(jìn)行清污。此外，要根據(jù)泵站污物來量、攔污柵前后水位差、清污機(jī)清污速度等因素來確定清污周期，以保證泵站的運(yùn)行效率。

(6)現(xiàn)在任丘市為嚴(yán)重缺水的城市之一，泵站在城市生活和農(nóng)業(yè)灌溉中發(fā)揮著重要的作用,因此攔污柵作為泵站安全運(yùn)行的重要因素更有其研究價(jià)值。