朱海鋒郭 軍沈 鵬沈 沖高 亮

一、前言

朝東圩港水利樞紐位于江蘇省張家港市大新鎮(zhèn)朝東圩港長江口，是張家港市引江和排澇的重要水利設(shè)施，工程于2006年底建成投運(yùn)，2016年實施改造。泵站采用雙向X型流道，安裝2臺套立式定槳軸流泵，配套安裝一套冷卻水系統(tǒng)，主要用于主電動機(jī)冷卻和水泵導(dǎo)軸承冷卻潤滑。

二、原方案分析

1.原方案原理

泵站機(jī)組冷卻水系統(tǒng)原設(shè)計方案采用一次性冷卻方式，冷卻水源取自下游河道，取水口設(shè)置格柵攔污，在供水泵進(jìn)口側(cè)管路設(shè)置Y型管道除污器，用于過濾水中泥沙等雜質(zhì)，冷卻水經(jīng)機(jī)組循環(huán)后直接排入上游河道。原方案設(shè)計如圖1。

2.原方案缺陷

經(jīng)多年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，水泵冷卻水裝置出現(xiàn)了供水流量偏低、水壓力不足、冷卻效果差、機(jī)組溫度升高等問題。針對發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)調(diào)查研究，原因主要是設(shè)計方案存在幾點(diǎn)缺陷：一是下游河道取水不合理，下游河道水草、雜物和水生生物較多，設(shè)備運(yùn)行時，極易造成取水口格柵堵塞，導(dǎo)致取水不暢；二是過濾方式不科學(xué)，河水中含有管道除污器無法過濾的細(xì)小泥沙，機(jī)組長時間運(yùn)行后，泥沙極易在冷卻管道中淤積，導(dǎo)致管道受阻，水循環(huán)不暢，供水壓力達(dá)不到要求，冷卻效果差，機(jī)組溫度升高，危及設(shè)備運(yùn)行安全，且清理難度和工作量較大；三是冷卻方案不可靠，采用下游河道水作為冷卻水源，水溫受環(huán)境影響較大，夏季高溫時，水溫超過25℃，冷卻效果不明顯。

三、方案研究與比選

針對出現(xiàn)的上述缺陷，開展了水泵冷卻水系統(tǒng)改造方案研究，并對研究結(jié)果進(jìn)行比選，旨在通過最小的資金投入、最簡易的施工，改造出最優(yōu)的冷卻水系統(tǒng)。

1.第一種改造方案

采用自來水作水源，改善水質(zhì)，設(shè)置循環(huán)水池進(jìn)行蓄水沉淀，安裝板式冷卻器冷卻，并配置自動濾水器過濾。設(shè)計方案如圖2。

該方案優(yōu)點(diǎn)是板式冷卻器無需用電，不消耗電能，且能解決原方案缺陷。但結(jié)合工程實際，此方案存在幾項缺點(diǎn)：（1）循環(huán)水池需要占用較大空間，泵站空間緊湊，實施困難；（2）原冷卻水系統(tǒng)管路均為焊接連接，增設(shè)自動濾水器和板式冷卻器需對原有管路進(jìn)行切割，工作量較大；（3）自動濾水器與板式冷卻器設(shè)備一次性投入成本較高，改造不經(jīng)濟(jì)。

2.第二種改造方案

仍采用自來水作水源，改善水質(zhì)，設(shè)置流道冷卻水管，選用Y型管道除污器過濾。設(shè)計方案如圖3。

該方案優(yōu)點(diǎn)是利用布置在流道里的環(huán)形管道進(jìn)行冷卻，節(jié)能環(huán)保，但在該項目中應(yīng)用存在以下缺點(diǎn)：（1）流道冷卻水管布置需將流道水抽空才能施工布置，施工難度大、成本高；（2）流道冷水管與系統(tǒng)管路對接，需在泵站連軸層混凝土面開孔，連軸層在水下，所以對開孔部位的防滲要求高，一旦防滲不好，影響泵站安全運(yùn)行，改造風(fēng)險較大。

3.第三種改造方案

圖1 原方案設(shè)計圖

圖2 第一種設(shè)計方案圖

圖3 第二種設(shè)計方案圖

圖4 第三種設(shè)計方案圖

圖5 最佳設(shè)計方案圖

圖6 電機(jī)溫度曲線對比圖

仍采用自來水作水源，改善水質(zhì)，選擇空調(diào)冷卻器冷卻。設(shè)計方案如圖4。

該方案優(yōu)點(diǎn)是利用模塊化空調(diào)冷卻機(jī)組冷卻，冷卻效果顯著，且對原有冷卻水系統(tǒng)管路改動較小，施工容易。缺點(diǎn)是泵站無備用水源，對市政管網(wǎng)自來水的可靠性要求較高，一旦停水，將影響泵站機(jī)組正常運(yùn)行。

四、方案改進(jìn)與效果

1.改進(jìn)方案

通過以上三種設(shè)計方案的對比分析，確定采用第三種改造方案，并對此方案作進(jìn)一步改進(jìn)，在管路上增加一只體積相對較小的密閉水箱，一旦自來水停水，可以臨時應(yīng)急向水箱里補(bǔ)充河水，并通過增設(shè)的Y型管道除污器過濾雜質(zhì)。設(shè)計方案如圖5。

該方案關(guān)鍵在于空調(diào)冷卻器和冷卻供水泵的選型要合理。經(jīng)調(diào)研，設(shè)備選型如下：（1）空調(diào)冷卻器選型?？照{(diào)冷卻器選用SJF型風(fēng)冷渦旋式軸瓦專用冷水機(jī)組，渦旋壓縮機(jī)、關(guān)鍵零部件及電氣控制元件均系美國著名品牌，性能可靠；換熱器效率高；微電腦智能控制穩(wěn)定。（2）冷卻供水泵選型。根據(jù)水泵特點(diǎn)，確定了冷卻供水泵流量為30m3/h，揚(yáng)程45.5m，泵型由原來的自吸泵改為立式軸流泵，流量和壓力均有效保障。

2.改進(jìn)后效果

通過運(yùn)行觀察和改造前后數(shù)據(jù)比較，改造后的冷卻水系統(tǒng)消除了原有的缺陷，并在耗電量、噪聲以及冷卻效果等方面都有了明顯的成效，改造后的冷卻水裝置具備溫升低、能耗小、無堵塞、噪聲低、管路連接簡便和操作可靠等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)溫度對比如圖6。

五、結(jié)語

通過對朝東圩港水利樞紐水泵冷卻水系統(tǒng)問題分析與研究，立足于科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)和簡便等目標(biāo)，提出了改造設(shè)計方案并充分開展研究比選，得出了針對性強(qiáng)、科學(xué)性高的最優(yōu)冷卻水系統(tǒng)改造方案，為今后同類型工程的設(shè)計和改造提供參考