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(yùn)行維護(hù)中心博興管理站，山東 博興 256500；2.山東省博興縣城鄉(xiāng)水務(wù)局，山東 博興 256500）

本文以打漁張泵站樞紐工程為實(shí)例，探討了引黃泵站進(jìn)水流道、泥沙護(hù)管、技術(shù)供水等一系列改進(jìn)措施，有效地減緩了引黃泵站運(yùn)行中水泵的磨損，保證了水泵機(jī)組安全運(yùn)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(jī)，總裝機(jī)容量4 500 kW，機(jī)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(yáng)程3.02～6.42 m。

2020年4月10日，打漁張泵站全負(fù)荷投入運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)化、自動化程度高，它的投入運(yùn)行，標(biāo)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(qiáng)力助推了膠東地區(qū)的經(jīng)濟(jì)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(dá) 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(jī)組運(yùn)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(dá)不到設(shè)計運(yùn)用工況，水流在進(jìn)水池擴(kuò)散，導(dǎo)致進(jìn)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(jìn)水池泥沙淤積嚴(yán)重，據(jù)測量流道淤積深度最大值達(dá) 3.48 m，致使進(jìn)水流道全部淤滿。加之該泵站前池進(jìn)水池未設(shè)隔墩，5 臺水泵共享一個前池。部分機(jī)組運(yùn)行時，待運(yùn)行機(jī)組進(jìn)水池位置產(chǎn)生大量泥沙淤積，相當(dāng)于底板抬高，使機(jī)組運(yùn)行啟動困難。進(jìn)水池的泥沙淤積改變了進(jìn)水池的水力條件，甚至在進(jìn)水池中產(chǎn)生旋渦使水泵進(jìn)氣，引起汽蝕、振動，造成泵軸和水導(dǎo)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(rèn)為，以下幾種情形導(dǎo)致的機(jī)組擺動幅度增大是泵軸磨損的主要原因：①水泵進(jìn)水喇叭口底部泥沙淤積致使進(jìn)口水深減小甚至堵塞，進(jìn)水流態(tài)發(fā)生變化，機(jī)組啟動瞬間動負(fù)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(dǎo)致水泵葉輪的平衡受到破壞，擺動幅度增大；③運(yùn)行期間供水任務(wù)重、調(diào)水不能間斷，未能及時對機(jī)組進(jìn)行檢修檢查；④進(jìn)入導(dǎo)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(jìn)行模型試驗(yàn)

2021 年 6 月，揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動力工程學(xué)院對引黃濟(jì)青工程打漁張泵站前池泥沙淤積工程處理方案進(jìn)行了模型試驗(yàn)，2021 年 7 月，揚(yáng)州大學(xué)電氣與能源動力工程學(xué)院完成了《引黃濟(jì)青工程打漁張泵站水力物理模型實(shí)驗(yàn)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(jī)組運(yùn)行時配水渠水流平順，無漩渦和強(qiáng)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(jī)組配水均勻；水面流態(tài)平順，無強(qiáng)漩渦和回流區(qū)。

2）兩臺機(jī)組運(yùn)行時，水流在坡降擴(kuò)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(jī)組運(yùn)行時均勻；進(jìn)水流道進(jìn)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(jī)組的流速分布規(guī)律與現(xiàn)象基本一致，兩臺機(jī)組大流量運(yùn)行時，在坡降擴(kuò)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(shí)驗(yàn)研究

1）試驗(yàn)結(jié)果表明，泥沙的起動現(xiàn)象是具有隨機(jī)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(dāng)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(jī)組合的泥沙起動試驗(yàn)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(yàn)結(jié)論，打漁張泵站前池及進(jìn)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(yàn)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(jìn)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(yīng)設(shè)隔墩分為多條進(jìn)水道。泵站前池新增2 道隔墩，共分為3 條進(jìn)水道，邊機(jī)組2 臺泵一條進(jìn)水道，中間機(jī)組1 臺泵一條進(jìn)水道，具體布置詳見圖1。進(jìn)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(jìn)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(jī)組開機(jī)運(yùn)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(jìn)水道平面布置圖

2.2.3 增設(shè)機(jī)組主軸護(hù)套，有效減少泥沙進(jìn)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(jìn)入水導(dǎo)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(dǎo)致金屬表面微細(xì)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(fù)沖擊使壁面破壞。因此在泵站抽送黃河水，水泵應(yīng)配備主軸護(hù)套，以將導(dǎo)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(qiáng)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(yīng)對水流含沙量和淤積情況進(jìn)行監(jiān)測，以便在管理上采取保護(hù)水泵和改善流態(tài)的措施。在泵站實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行管理單位對進(jìn)水含沙量進(jìn)行檢測，還應(yīng)對進(jìn)水池內(nèi)泥沙淤積部位和高度進(jìn)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(jìn)行測量分析。

2.2.5 加強(qiáng)巡查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常及時處理

機(jī)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(jī)超負(fù)荷現(xiàn)象；同時，全調(diào)節(jié)葉片調(diào)節(jié)不同步導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪運(yùn)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(jī)處理水泵葉輪雜物纏繞，確保平穩(wěn)運(yùn)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(dǎo)軸承潤滑用水、電機(jī)冷卻用水單機(jī)耗水量為9.6 m3/s，水壓為0.15 MPa?，F(xiàn)有導(dǎo)軸承、電機(jī)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(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保技術(shù)供水的水量。

2.2.7 加強(qiáng)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(qiáng)度

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

3 結(jié)束語

由于本泵站運(yùn)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(yùn)行方法，為此經(jīng)多方探討、研究，確定了行之有效的運(yùn)行方案，運(yùn)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的，從而保證了工程整體目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。