引黃灌區(qū)浮塢式取水泵站建設(shè)管理的探索

王孟楨，張鳳怡

（河南省豫東水利工程管理局三義寨分局，河南 蘭考 475300）

1 三義寨抗旱應(yīng)急泵站工程概況

1.1 工程規(guī)模

泵站屬浮塢式取水泵站，設(shè)計(jì)流量15 m3/s，總裝機(jī)流量18 m3/s，工程規(guī)模為中型，等別為Ⅲ等，對(duì)應(yīng)建筑物級(jí)別為3級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。永久性占地2.88 hm3。總投資4600多萬(wàn)元。工程設(shè)計(jì)使用年限為30年。年設(shè)計(jì)提水量17 496萬(wàn)m3。

1.2 泵站主要建筑物

如圖1所示，泵站進(jìn)水池（簸箕形）底寬36 m，喇叭口（進(jìn)水口）長(zhǎng)邊143.20 m，短邊86 m，深10 m，喇叭口正對(duì)黃河主河床（設(shè)計(jì)抽水揚(yáng)程5.60～6.80 m）；出水池長(zhǎng)90 m，凈寬5 m，凈高4 m；輔助工程設(shè)防沖石籠一道，進(jìn)站道路為混凝土硬化道路，寬5 m，長(zhǎng)433.30 m，拋石護(hù)坡厚1 m，長(zhǎng)210 m。

圖1 泵站平面布置簡(jiǎn)圖

1.3 泵站主要機(jī)電設(shè)備

泵船2 艘，單艘船體長(zhǎng)40 m，寬10 m；供電設(shè)備由2 臺(tái)SCB13-干式變壓器組成，分設(shè)于2艘泵船；水泵及配套電機(jī)各12 臺(tái)。水泵額定流量1.50 m3/s，額定揚(yáng)程8.25 m，水泵為注清水式軸流泵，泵體總高4.69 m；電機(jī)額定功率180 kW，機(jī)體高度1.40 m；輔助設(shè)備，進(jìn)水管和出水管各12根鋼管，直徑700 mm，出水管總長(zhǎng)33.60 m（含兩段軟連接）；自動(dòng)控制系統(tǒng)由1 個(gè)中央監(jiān)控主站和12個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站組成。

2 水泵結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 水泵結(jié)構(gòu)

水泵外部自下而上有六部分組成：水面以下有濾網(wǎng)、進(jìn)水喇叭口、進(jìn)水管（導(dǎo)葉體）三部分和水面以上有出水管、泵軸與電機(jī)連接及電機(jī)三部分；水泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)為葉輪、連接葉輪與電機(jī)主軸（長(zhǎng)2.70 m）及上下2個(gè)固定軸承（屬膠套軸承），整個(gè)主軸貫穿進(jìn)水喇叭口、進(jìn)水管（導(dǎo)葉體）、出水管并與電機(jī)連接，詳見(jiàn)圖2。

圖2 泵站布置側(cè)面簡(jiǎn)圖

2.2 工作原理

河水經(jīng)濾網(wǎng)進(jìn)入進(jìn)水喇叭口，通過(guò)進(jìn)水喇叭口內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)將水提起，經(jīng)水泵導(dǎo)葉體入進(jìn)水管，再到出水管后入出水渠。葉輪上方有1 個(gè)膠套軸承固定主軸，淹沒(méi)在渾水中；出水管頂端也有1個(gè)膠套軸承固定主軸，上端有石棉綆填充封閉以免渾水從出水管冒出，同時(shí)有不低于2個(gè)大氣壓的清水由上方注入膠套軸承與主軸之間（屬外部自來(lái)水導(dǎo)入壓力罐后向水泵注清水），起潤(rùn)滑和降溫作用；泵軸與電機(jī)連接由1個(gè)鋼珠軸承固定主軸，固定軸承浸沒(méi)于潤(rùn)滑油中。

3 泵站運(yùn)行與管理

3.1 河勢(shì)變化

工程于2019 年5 月開(kāi)工建設(shè)，12 月主體工程完工。2020年1月進(jìn)行了短時(shí)間試抽水（2 d）。當(dāng)時(shí)黃河主流遠(yuǎn)離泵站超1 km，進(jìn)入進(jìn)水池的水是泵站下游2～3 km 處的“回頭水”，經(jīng)途中沉淀后全是清水。2020 年7 月黃河主汛期來(lái)臨，經(jīng)超4800 m3/s 流量洪水后黃河主流發(fā)生特大變化，主流與泵站進(jìn)水池連為一體，黃河水?dāng)y帶泥沙、雜物進(jìn)入泵站進(jìn)水池。汛期結(jié)束后，河水降落，泵船擱淺，黃河主流貼近泵站進(jìn)水口。

3.2 泵站運(yùn)行與管理

應(yīng)灌區(qū)應(yīng)急用水需求，泵站2020 年12 月至2021 年4 月底陸續(xù)向灌區(qū)3 次抽水約3900 萬(wàn)m3，水泵交替工作，交替維修，每臺(tái)水泵平均累計(jì)運(yùn)行約605 h，每臺(tái)泵平均累計(jì)運(yùn)行200 h需維修一次，主要為主軸、橡膠軸承、葉輪損毀，泵體震動(dòng)嚴(yán)重；噪音過(guò)大，抽水量銳減，被迫停水維修，主要為更換主軸、橡膠軸承、葉輪等配件。

4 存在問(wèn)題與探索

4.1 進(jìn)水池淤積問(wèn)題

4.1.1 存在問(wèn)題

由于設(shè)計(jì)及建設(shè)階段黃河主流距離進(jìn)水池入口較遠(yuǎn)，未著重考慮進(jìn)水池泥沙淤積問(wèn)題。之后主流偏移至大河右岸與進(jìn)水池相連，進(jìn)水池淤積嚴(yán)重、快速，泵站7-10 d運(yùn)行后不得不停泵清淤。

4.1.2 處理措施

一是在進(jìn)水池口構(gòu)筑臨時(shí)土圍堰縮小進(jìn)水口寬度，使進(jìn)水池與大河相對(duì)獨(dú)立，并在進(jìn)水口設(shè)置攔污柵。經(jīng)計(jì)算，在設(shè)計(jì)取水位高程范圍內(nèi)，進(jìn)水口寬度預(yù)留為20～26 m可滿(mǎn)足泵站設(shè)計(jì)取水流量；二是采用絞吸式挖泥船等機(jī)械在進(jìn)水池酌情不間斷清淤；三是在圍堰進(jìn)水口及船體周?chē)斯ご驌破‰s物。

4.2 停泵時(shí)出水管水垂效應(yīng)

4.2.1 存在問(wèn)題

水泵關(guān)停時(shí)出水管發(fā)生較強(qiáng)水垂效應(yīng)，瞬間回流致使葉輪迅速反轉(zhuǎn)，對(duì)泵體各部件沖擊大，原設(shè)計(jì)安裝在泵體與出水管鏈接處的電子蝶閥未起作用。

4.2.2 探索措施

將電子蝶閥拆除，在出水管口安裝專(zhuān)用止水拍門(mén)以減小水泵關(guān)停時(shí)由于水垂效應(yīng)較強(qiáng)對(duì)泵體產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊力，效果顯著。

4.3 主軸與膠套軸承嚴(yán)重磨損問(wèn)題

4.3.1 存在問(wèn)題

水泵正常運(yùn)行必須達(dá)到水平狀態(tài)，允許傾斜度為2°。船體傾斜度受開(kāi)啟水泵數(shù)量、單個(gè)水泵出水量等因素影響。該泵船上未設(shè)置自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，運(yùn)行過(guò)程中船體傾斜度2°以?xún)?nèi)難以把握和隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，主軸與膠套軸承之間產(chǎn)生摩擦難以控制。出水管頂端膠套軸承與上部主軸和電機(jī)固定連接處距離較近且有清水注入，磨損輕微；葉輪上方膠套軸承距上端固定連接處較遠(yuǎn)（約2.30 m），且淹沒(méi)于渾水中，黃河水?dāng)y帶大量泥沙（其中含有鐵砂），水泵略有傾斜，磨損嚴(yán)重，運(yùn)行1周左右便出現(xiàn)偏磨，噪音、震動(dòng)過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致葉輪邊沿與導(dǎo)流體磨損，抽水量銳減。

4.3.2 處理措施

對(duì)葉輪上方膠套軸承進(jìn)行注清水試改。試改后的2 臺(tái)水泵經(jīng)2022年元月為期29d抽水檢驗(yàn)，效果改善明顯，沒(méi)有出現(xiàn)偏磨、震動(dòng)過(guò)大現(xiàn)象。

4.4 維修過(guò)程復(fù)雜、成本高，且水泵運(yùn)行受自來(lái)水供給的制約

4.4.1 存在問(wèn)題

2021 年試運(yùn)行三次抽水累計(jì)3900 萬(wàn)m3，中間停水原因均為維修水泵。為保證水泵正常運(yùn)行，阻斷泥沙進(jìn)入主軸和橡膠軸承之間，同時(shí)起到潤(rùn)滑和降溫作用，須有不低于2 個(gè)大氣壓的清水不停注入主軸及膠套軸承間隙。清水來(lái)源于附近自來(lái)水廠(chǎng)，水廠(chǎng)停水檢修，泵站也被迫停水。且供清水系統(tǒng)壓力罐、送水管和球形閥門(mén)易凍裂。

4.4.2 處理措施

對(duì)技術(shù)含量不高的配件就近交予專(zhuān)業(yè)機(jī)械廠(chǎng)制作降低成本，在專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下拆卸組裝。并自備清水水源，對(duì)供清水系統(tǒng)壓力罐、送水管和球形閥門(mén)包裹保溫層。

5 完善解決問(wèn)題的思考

進(jìn)水池入口設(shè)固定圍堰，堰頂高程至少為百年一遇洪水水位，圍堰進(jìn)水口設(shè)置攔污柵。汛期將進(jìn)水口封堵，阻斷黃河水進(jìn)入進(jìn)水池，確保泵站度汛安全同時(shí)，減少進(jìn)水池淤積。抽水前清理進(jìn)水口、修整攔污柵保證進(jìn)水量足順暢。

水泵采用潛水軸流污水泵。在原設(shè)備基礎(chǔ)上不改電力供應(yīng)、不改出水設(shè)施，在原水泵位置安裝上口封閉圓柱體水箱，水箱內(nèi)放置等額定流量、等額定揚(yáng)程、等額定功率潛水軸流污水泵。

2021年4月至2022年3月泵站試用1臺(tái)潛水軸流污水泵，共啟用3 次抽水，累計(jì)晝夜不間斷運(yùn)行51 d，無(wú)檢修，無(wú)維修，效果良好。

6 結(jié)論

引黃灌區(qū)浮塢式取水泵站的建設(shè)與管理必須考慮黃河水含沙量較大和來(lái)水?dāng)y帶雜物等較多因素，建議措施如下：泵站與大河要相對(duì)獨(dú)立，有條件可設(shè)引渠，將泥沙沉淀于途中，雜物攔截于池外。進(jìn)水池入口不宜過(guò)寬，流速平穩(wěn)下能滿(mǎn)足取水流量即可。揚(yáng)程較高泵站要注重解決出水管水垂反應(yīng)的問(wèn)題。選用水泵要與浮船相匹配，不宜選用主軸較長(zhǎng)的軸流泵，最好選用潛水軸流污水泵。浮船上設(shè)置自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)。