袁龍剛，張鴻偉，呂建新

（中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東 中山 528403）

1 工程概況

小欖鎮(zhèn)排澇東站、北泵站位于中山市小欖鎮(zhèn),地處中順大圍北部上游、小欖水道右岸。小欖鎮(zhèn)排澇東站、北站總設(shè)計(jì)流量77 m3/s,總裝機(jī)容量4410 kW,其中東站位于小欖水道婆隴水閘側(cè),裝機(jī)5臺(tái),設(shè)計(jì)流量55 m3/s,裝機(jī)容量3150 kW,擔(dān)負(fù)47 km2的排澇面積；北站位于小欖水道雞腸滘水閘上游,裝機(jī)2 臺(tái),設(shè)計(jì)流量22 m3/s,裝機(jī)容量1260 kW,主要負(fù)責(zé)舊城區(qū)以北約15 km2的排澇面積。工程等別為Ⅱ等,大（2）型工程,主要建筑物級(jí)別為2 級(jí),次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。泵站的運(yùn)行水位組合及特征揚(yáng)程見(jiàn)表1。

表1 小欖鎮(zhèn)排澇東站、北站特征水位及揚(yáng)程

注：設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程按出水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位對(duì)應(yīng)進(jìn)水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位,東站、北站設(shè)計(jì)揚(yáng)程均按3.5 m。

小欖鎮(zhèn)排澇東站、北站自1996年建成投產(chǎn)以來(lái),為該鎮(zhèn)的防洪排澇工作做出了巨大貢獻(xiàn),發(fā)揮了重要的防洪排澇作用并取得了顯著的社會(huì)效益。

2 機(jī)組改造提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)

2.1 深入調(diào)查現(xiàn)狀機(jī)組存在的主要問(wèn)題

通過(guò)深入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查,現(xiàn)狀機(jī)組存在的主要問(wèn)題如下：

1）水泵投入運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),水泵葉片、輪轂、葉輪室汽蝕磨損嚴(yán)重,運(yùn)行噪音超標(biāo)、振動(dòng)大,水泵出水流量下降,運(yùn)行效率降低。

2）水泵主軸存在銹蝕,主軸與水導(dǎo)軸承及主軸密封接觸部位存在一定程度的磨損。

3）水泵水導(dǎo)軸承磨損嚴(yán)重。

4）電機(jī)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),期間從未進(jìn)行大修,存在部分設(shè)備元器件老化等安全隱患。

2.2 制定合理可行的機(jī)組改造提質(zhì)增效原則

1）確保安全可靠運(yùn)行、充分發(fā)揮工程效益,注重提高裝置效率。

2）在不影響泵站性能和安全的前提下,充分利用原有設(shè)施、設(shè)備,合理確定改造范圍。

3）積極采用經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、鑒定和工程實(shí)踐的新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備。

2.3 根據(jù)機(jī)組改造提質(zhì)增效原則進(jìn)行改造方案設(shè)計(jì)

1）確保安全可靠運(yùn)行、充分發(fā)揮工程效益,注重提高裝置效率。水泵采用先進(jìn)的低揚(yáng)程、大流量軸流泵水力模型350 ZMB-3.8[1-3],比轉(zhuǎn)速ns=1400,模型泵流量Q＞400 L/s,達(dá)到440 L/s,實(shí)現(xiàn)了泵站低揚(yáng)程區(qū)的高效率,模型泵效率η＞80%,設(shè)計(jì)揚(yáng)程時(shí)真機(jī)流量可達(dá)11 m3/s?，F(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試及實(shí)際運(yùn)行也證明了選用350 ZMB-3.8水力模型是合適的,也是優(yōu)秀的。

2）在不影響泵站性能和安全的前提下,充分利用原有設(shè)施、設(shè)備,合理確定改造范圍。本次主要對(duì)機(jī)組進(jìn)行更新改造,不涉及土建及現(xiàn)狀完好的設(shè)施、設(shè)備,改造內(nèi)容主要包括：7臺(tái)套TL630/24-1730 型電機(jī)定子部件、轉(zhuǎn)子部件、軸承部件、機(jī)架、制動(dòng)裝置等的檢查和維護(hù)；7 臺(tái)套1600 ZLQ11-3.3 型立式全調(diào)節(jié)軸流泵泵體、葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、機(jī)組輔助設(shè)備等的解體；7 臺(tái)套水泵葉輪部件（僅含葉片、葉輪室）、上下水導(dǎo)軸承、主軸密封填料、導(dǎo)葉體、調(diào)節(jié)拉桿銅軸套的更換；對(duì)水泵主軸、輪轂、輪轂內(nèi)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行返廠檢查修補(bǔ)；其他視機(jī)組解體后檢測(cè)的實(shí)際情況進(jìn)行符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修補(bǔ)或更換。

3）積極采用經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、鑒定和工程實(shí)踐的新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備。由于本泵站揚(yáng)程變化范圍較大,最低揚(yáng)程與設(shè)計(jì)揚(yáng)程相差較大,當(dāng)泵站在最低揚(yáng)程運(yùn)行時(shí),水泵葉片在同一角度運(yùn)行時(shí)最低揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的流量比設(shè)計(jì)揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的流量增大約30%,由于水泵流量增大導(dǎo)致流速增大,機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)將大大增大,不利于設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行,葉片采用全調(diào)節(jié)型式[4-5]可通過(guò)不停機(jī)調(diào)節(jié)水泵葉片角度,從而調(diào)節(jié)水泵出水流量,避免由于水泵流量增大導(dǎo)致流速增大,機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)大大增大,同時(shí)通過(guò)不停機(jī)調(diào)節(jié)水泵葉片角度,調(diào)節(jié)水泵出水流量,可以更加靈活地適應(yīng)內(nèi)河來(lái)水量,避免內(nèi)河來(lái)水量不足時(shí)頻繁停機(jī),從最低揚(yáng)程時(shí)水泵運(yùn)行安全穩(wěn)定性及流量調(diào)節(jié)靈活性角度綜合考慮,水泵的葉片調(diào)節(jié)方式仍采用全調(diào)節(jié)型式,原水泵采用機(jī)械式調(diào)節(jié)器全調(diào)節(jié),運(yùn)行中存在抬軸、調(diào)節(jié)器軸承發(fā)熱乃至燒損等問(wèn)題,工作不夠可靠,本次改造采用先進(jìn)的內(nèi)置式液壓調(diào)節(jié)器,在不改變水泵、電機(jī)原有結(jié)構(gòu)的前提下,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量原有調(diào)節(jié)桿法蘭盤、電機(jī)法蘭盤尺寸及螺栓孔定形定位尺寸,配套設(shè)計(jì)調(diào)機(jī)器法蘭盤及螺栓孔,從而在原有設(shè)備基礎(chǔ)上將機(jī)械式調(diào)節(jié)器更換為內(nèi)置式液壓調(diào)節(jié)器,有效避免了機(jī)械式調(diào)節(jié)器抬軸和燒瓦現(xiàn)象的發(fā)生；原水泵水導(dǎo)軸承采用橡膠軸承,軸承磨損嚴(yán)重,本次采用耐磨損且不傷軸的高分子復(fù)合材料軸承,有效減小了水導(dǎo)軸承及主軸磨損；原水泵葉片、葉輪室均采用鑄鋼材質(zhì)ZG230-450、導(dǎo)葉體采用HT250,經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行水泵葉片、葉輪室、導(dǎo)葉體存在腐蝕及汽蝕磨損,為更好的抗腐蝕及汽蝕磨損,從材料方面,本次改造葉片采用不銹鋼材質(zhì)ZG1Cr18 Ni9 Ti,葉輪室采用鑄鋼材質(zhì)ZG270-500內(nèi)襯塞焊不銹鋼板材質(zhì)1Cr18Ni9Ti,導(dǎo)葉體采用鑄焊結(jié)構(gòu),導(dǎo)葉片采用鑄鋼材質(zhì)ZG230-450,內(nèi)外環(huán)采用碳鋼材質(zhì)Q235B；以上新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備均經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、省部級(jí)鑒定和工程實(shí)踐。

3 現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試

為保證泵站能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行,繼續(xù)發(fā)揮其防洪排澇的作用,東站、北站在2017 年～2018 年枯水期進(jìn)行了機(jī)組的更新改造施工。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試內(nèi)容

為測(cè)定水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的真實(shí)效率,檢驗(yàn)水泵的改造效果、安裝水平及水泵更換部件生產(chǎn)廠家的制造質(zhì)量,進(jìn)行了機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試,為本工程驗(yàn)收、運(yùn)行管理提供技術(shù)依據(jù)。2018 年6 月～7 月對(duì)東站、北站全部7 臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了水泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試,通過(guò)水泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試全面了解泵站的運(yùn)行特性,測(cè)定每臺(tái)水泵在葉片各運(yùn)行角度（-8°～+8°）運(yùn)行時(shí)的水泵裝置效率,并對(duì)每一測(cè)試工況下的水泵流量、水位、揚(yáng)程、電機(jī)輸入功率、溫升、轉(zhuǎn)速,機(jī)組運(yùn)行的噪聲、振動(dòng)等[6-8]進(jìn)行了測(cè)試。

3.2 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及試驗(yàn)流程

水泵機(jī)組的流量、功率、揚(yáng)程、振動(dòng)、噪聲等參數(shù)通過(guò)安裝在水泵機(jī)組周圍的各類傳感器采集獲得。水泵機(jī)組在葉片各運(yùn)行角度下的效率值,通過(guò)檢測(cè)水泵的揚(yáng)程、流量、功率等參數(shù)后計(jì)算得出。水泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試系統(tǒng)布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 水泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試系統(tǒng)布置圖

小欖鎮(zhèn)排澇東站、北站水泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試試驗(yàn)流程見(jiàn)表2。

表2 水泵機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試試驗(yàn)流程

3.3 測(cè)試結(jié)論

3.3.1 水泵振動(dòng)測(cè)試結(jié)論

通過(guò)對(duì)全部7臺(tái)水泵進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

1）7臺(tái)水泵在振動(dòng)測(cè)試過(guò)程中,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,未檢測(cè)出異常振動(dòng)情況。

2）北站水泵振動(dòng)隨著水泵葉片角度的增大而增大,在葉片角度從-8°增大至+8°的過(guò)程中,水泵的振動(dòng)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì),在葉片角度+8°時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)最大值。北站水泵的振動(dòng)最大值出現(xiàn)在葉片角度+8°位置。

3）東站水泵振動(dòng)隨著水泵葉片角度從-8°增大至+2°的過(guò)程中,水泵的振動(dòng)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì),在葉片角度0°和+2°附近出現(xiàn)振動(dòng)最大值；隨后,隨著葉片角度繼續(xù)增大,水泵振動(dòng)逐漸減小,在葉片角度+6°附近出現(xiàn)最小值；當(dāng)葉片角度繼續(xù)增大至+8°的過(guò)程中,水泵振動(dòng)又迅速上升。東站水泵的振動(dòng)最大值出現(xiàn)在葉片角度0°～+2°區(qū)間和+8°位置。

4）通過(guò)對(duì)水泵振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析,同時(shí)結(jié)合《泵的振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》（GB/T 29531-2013）標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定,東站、北站全部7臺(tái)水泵的振動(dòng)評(píng)價(jià)結(jié)果為：振動(dòng)級(jí)別均為A級(jí),振動(dòng)滿足要求。

3.3.2 水泵噪聲測(cè)試結(jié)論

通過(guò)對(duì)全部7臺(tái)水泵進(jìn)行噪聲測(cè)試,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的噪聲數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

1）7臺(tái)水泵在噪聲測(cè)試過(guò)程中,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,未檢測(cè)出異響情況。

2）7臺(tái)水泵噪聲隨著水泵葉片角度的增大而增大,在葉片角度從-8°增大至+8°的過(guò)程中,水泵的噪聲呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。7臺(tái)水泵的噪聲最大值均出現(xiàn)在葉片角度+8°位置,同時(shí)水泵功率也達(dá)到最大值。

3）通過(guò)對(duì)水泵噪聲測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析,同時(shí)結(jié)合《泵的噪聲測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》（GB/T 29529-2013）標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定,東站、北站7臺(tái)水泵的噪聲評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

①北站1號(hào)、2號(hào)水泵,東站4號(hào)、5號(hào)水泵在葉片角度-8°～+4°區(qū)間噪聲級(jí)別為B級(jí),葉片角度+4°～+8°區(qū)間噪聲級(jí)別為C級(jí)；②東站1號(hào)水泵在葉片角度-8°～+8°區(qū)間噪聲級(jí)別為B級(jí)；③東站2號(hào)水泵在葉片角度-8°～+6°區(qū)間除+4°以外噪聲級(jí)別為B級(jí),葉片角度+4°和+8°時(shí)噪聲級(jí)別為C級(jí)；④東站3號(hào)水泵在葉片角度-8°～+6°區(qū)間噪聲級(jí)別為B級(jí),葉片角度+6°～+8°區(qū)間噪聲級(jí)別為C級(jí)。東站、北站全部7臺(tái)水泵的噪聲評(píng)價(jià)結(jié)果為：噪聲滿足要求。

3.3.3 水泵其余綜合性能測(cè)試結(jié)論

通過(guò)對(duì)全部7臺(tái)水泵機(jī)組綜合性能測(cè)試,全面對(duì)水泵轉(zhuǎn)速、溫升、功率、揚(yáng)程、流量、水泵效率、裝置效率等水泵運(yùn)行相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

1）北站1號(hào)、2號(hào)、東站1號(hào)、2號(hào)水泵實(shí)測(cè)得到的最高裝置效率為65.0%、64.4%、59.6%、65.1%（±2.06%）,最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在葉片角度-2°～0°附近工況；實(shí)測(cè)水泵最高流量為 12.082 m3/s、11.601 m3/s、11.887 m3/s、11.553 m3/s；實(shí)測(cè)最高水泵效率為88.9%、88.5%、89.5%、88.9%（±2.06%）。

2）東站3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)水泵實(shí)測(cè)得到的最高裝置效率為65.0%、62.3%、62.9%（±2.06%）,最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在葉片角度-4°～-2°附近工況；實(shí)測(cè)水泵最高流量為11.674 m3/s、11.651 m3/s、11.527 m3/s；實(shí)測(cè)最高水泵效率為88.4%、89.6%、88.2%（±2.06%）。

通過(guò)檢驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果[9]可知,全部7 臺(tái)水泵機(jī)組的水泵轉(zhuǎn)速、溫升、功率、揚(yáng)程、流量等參數(shù)均在設(shè)計(jì)的合理范圍內(nèi),水泵運(yùn)行工況穩(wěn)定,在整個(gè)檢驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中,所測(cè)參數(shù)變化趨勢(shì)平穩(wěn),無(wú)異常變動(dòng),全部7 臺(tái)水泵實(shí)測(cè)水泵流量滿足設(shè)計(jì)流量（11 m3/s）要求,實(shí)測(cè)水泵效率曲線與水泵工作運(yùn)行性能曲線相符合。

4 運(yùn)行效果分析

小欖鎮(zhèn)排澇東站、北站機(jī)組改造后自2018 年投入運(yùn)行至今,機(jī)組運(yùn)行狀況良好,整體高效。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)例介紹了大型排澇泵站機(jī)組改造提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù),并通過(guò)對(duì)改造后的水泵機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試,驗(yàn)證了大型排澇泵站機(jī)組改造提質(zhì)增效取得的顯著效果,總結(jié)了大型排澇泵站機(jī)組改造提質(zhì)增效應(yīng)注意的問(wèn)題和取得的成功經(jīng)驗(yàn),得出以下建議：

1）充分調(diào)查分析原排澇泵站自建成投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)實(shí)際的平均揚(yáng)程、設(shè)計(jì)揚(yáng)程等特征揚(yáng)程,以及實(shí)際運(yùn)行的揚(yáng)程范圍,比選適合本泵站特征揚(yáng)程及揚(yáng)程范圍的先進(jìn)、高效,且經(jīng)過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定的優(yōu)秀水力模型,注重提高裝置效率,確保泵站改造后能安全可靠運(yùn)行、充分發(fā)揮工程效益。

2）在不影響泵站性能和安全的前提下,方案設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用原有設(shè)施、設(shè)備,針對(duì)原有設(shè)施、設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行改造,以問(wèn)題為導(dǎo)向,合理確定改造范圍,節(jié)約工程投資。

3）針對(duì)原有技術(shù)、材料、工藝、設(shè)備存在的問(wèn)題,積極采用經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、鑒定和工程實(shí)踐的內(nèi)置式液壓調(diào)節(jié)器、高分子復(fù)合材料軸承、內(nèi)襯塞焊、鑄焊結(jié)構(gòu)等新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備。