李亞奇,胡秀華,王春堂
(1.山東農業(yè)大學水利土木工程學院,山東 泰安 271018;2.泰安市水利局,山東 泰安 271000)
泵站工程在國民經濟建設中發(fā)揮著越來越重要的作用,水泵已經廣泛應用在國民經濟建設各部門以及城鄉(xiāng)居民的日常生活中。在一些小型泵站中,采用人工方式為水泵充水,通常的做法是在水泵進水管進水口處安裝底閥來實現(xiàn)。由于底閥處水頭損失較大,降低了泵站運行效率,有時會出現(xiàn)底閥關閉不嚴或無法關閉的現(xiàn)象,致使底閥漏水,不能完成水泵充水的需要。
為減小水泵底閥帶來的能量損失,消除進水池中各渦流,穩(wěn)定水流狀態(tài),使水泵獲得很好的進水條件,提升泵站運行效率.研究設計了水泵充水消渦裝置,以期解決上述問題。
如圖1 所示,泵站充水消渦裝置包括水泵進水管、堵閥、進水池池底、桁架槽、橫梁、斜梁、縱梁、套環(huán)、浮板、螺桿、支架、螺母、進水池后墻等。
圖1 裝置構成
水泵進水管按泵站設計要求固定在進水池后墻上;堵閥為一與水泵進水管相吻合的近似錐形的構件,可由具有一定彈性和一定剛性的材料做成,要求質量要小,螺桿移動時,可通過桁架帶動堵閥上、下移動,堵閥布置在進水管進水口正下方,當堵閥向上移動時,可以將進水管進水口堵住,水泵內灌水時,可以阻止水沿著水泵進水管進水口流入進水池內,以完成為水泵充水的任務;桁架是用于固定堵閥的桿件結構,可采用具有一定強度和剛度的材料(如金屬材料、合金材料等)做成,要求工作過程中,桁架不產生變形,并做好防銹工作,桁架由橫梁、斜梁及縱梁構成一個穩(wěn)定的桿件結構,桁架的縱梁與螺桿剛性連接,堵閥通過桁架固定在螺桿上。
桁架槽布置在水泵進水管下方的進水池池底上,在澆注進水池池底時澆注完成,其深度、寬度以能使桁架放入,并能使堵閥底部剛好與進水池池底緊密接觸為宜,當水泵充水正常啟動后,桁架底部的橫梁就可以放置在桁架槽內。
螺母固定在支架上,采用金屬材料制成,并能很好地與螺桿吻合,以控制螺桿的上、下行動,可根據工程實際分別采用電動螺母、手動螺母或既可電動又能手動的方式;螺桿采用金屬材料制成,并應做好防銹處理,通過螺紋固定在螺母上,當螺母旋轉時,螺桿可以沿地面鉛直方向上、下移動,以控制堵閥的上、下移動,完成封堵進水管進水口的作用。
支架采用金屬材料制成,用錨桿固定在進水池池頂位置的池壁上;浮板是一塊能漂浮在水面上的板狀消渦板,可采用輕于水的材料制成,布設在水泵進水管與進水池后墻之間,浮板通過套環(huán)與桁架的縱梁相連,使浮板可以漂浮在水面上,隨著進水池中水位的升降而自由升降,由于縱梁和套環(huán)特殊形狀,使得浮板不能繞著縱梁轉動。
當水泵工作時,首先關閉水泵出水管上的閘閥,再轉動螺母,使螺桿上移,螺桿通過桁架帶動堵閥上移,直至將水泵進水管進水口全部堵上。通過水泵最頂端的灌水孔向水泵內灌水,在重力作用下,灌入水泵的水會流入到水泵進水管,由于堵閥的封堵作用,進入水泵進水管的水,就不會流到進水池內,而是一直儲存在水泵進水管內,同時進水管及水泵中的氣體由水泵灌水孔排入大氣中,當灌入水泵一定水量時,水就會逐漸充滿水泵進水管、水泵內腔及閘閥前的一段水泵出水管內,水泵進水管、水泵內腔及閘閥前的一段水泵出水管內的氣體全部排入大氣中,完成水泵充水的要求。水泵充水完成后,即可封堵住水泵灌水孔,可正常啟動水泵。
當水泵正常啟動后,再通過反向轉動螺母,使螺桿下移,直至桁架的橫梁進入到進水池底的桁架槽內。此時,進水管直接與進水池中的水源相通,然后可緩慢地打開閘閥,水泵可進行正常工作。當下次水泵再啟動時,重復上述過程,完成水泵充水的要求。
如果水泵出水管上設置有逆止閥或閘閥,則當第一次工作完成后,會在出水管內儲存著一定量的水量,則水泵充水時可以先將堵閥上移,將進水管進水口封堵住,再將出水管中的水倒灌進水泵內腔和進水管內,也可以完成水泵充水的要求;以后的水泵充水,可按上述步驟完成。
當堵閥下降到最低點時,由于堵閥正好處在進水管進水口正下方,堵閥底部與進水池池底緊密接觸,被固定在進水池池底上,堵閥剛好起到消除進水池附底渦的作用,穩(wěn)定進水池水流狀態(tài)。所以,堵閥既可以當作水泵充水設備使用,也可以當作消除進水池附底渦的設備使用。處在水中的螺桿及桁架的縱梁,靠近進水池的后墻,可以很好地消除附壁渦的產生。浮板布設在水泵進水管與后墻之間的水面上,可很好地消除表面渦。通過浮板、堵閥及桁架,防止進水池中表面渦、附壁渦及附底渦的產生。
該泵站充水消渦裝置,通過螺桿運動,帶動桁架上、下移動,從而帶動堵閥上、下移動,完成水泵充水的任務,而浮板一直漂浮在水面上,具有以下優(yōu)點:
1)可以取消水泵底閥,將進水管口做成喇叭口狀,也可完成水泵充水的作用,在很大程度上減少底閥處能量損失,提高泵站運行效率。
2)結構簡單,可以替代真空泵充水系統(tǒng)、真空水箱充水系統(tǒng)、水上式底閥充水系統(tǒng)等,投資省,使用靈活方便。
3)該泵站充水消渦裝置消除了附底渦、附壁渦和表面渦的產生,保障了進水池穩(wěn)定流水狀態(tài),為水泵提供良好的工作狀態(tài)。
該泵站充水消渦裝置的研究,既能去掉水泵底閥,省去了真空泵抽氣系統(tǒng),解決了水泵底閥帶來的能量損失問題,又能有效地防止表面渦及水中渦的產生,穩(wěn)定水流狀態(tài),提高泵站運行效率,使用方便、靈活,較好地滿足了運行需求。