泵站攔污柵有關(guān)問題的研究

1、泵站攔污柵有關(guān)問題的研究泵站攔污柵有關(guān)問題的研究 泵站攔污柵有關(guān)問題的研究 泵站攔污柵有關(guān)問題的研究摘要:就泵站攔污柵在使用中出現(xiàn)的阻塞、銹蝕、振動(dòng)及清污方面存在的問題進(jìn)展研究,并結(jié)合江蘇淮安二站從空化和空蝕、機(jī)組頻繁開停機(jī)、能量和經(jīng)濟(jì)損失等方面分析了攔污柵對泵站的影響,研究內(nèi)容對南水北調(diào)東線工程其它泵站也有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞:泵站 攔污柵 阻塞 能量損失1 前言南水北調(diào)東線工程是以江蘇江水北調(diào)為根底并擴(kuò)大規(guī)模,向北延伸。由于地勢較低需采用抽水方式進(jìn)展,除現(xiàn)有的江都水利樞紐、淮安各泵站外,還將在年內(nèi)開工建立劉山站、解臺站、淮安四站、淮陰三站等抽水站,足見泵站在南水北調(diào)工程中的作用舉足輕重。

2、攔污柵作為泵站的重要組成局部,在防止漂浮物及潛移物質(zhì)進(jìn)入泵站,確保泵站的平安運(yùn)行方面起到了不可替代的作用。但是由于攔污柵構(gòu)造相對簡單和對其重要性認(rèn)識上的缺乏,對于攔污柵的研究并沒有到達(dá)應(yīng)有的深度。本文結(jié)合江蘇淮安二站對攔污柵在泵站運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及其對泵站的影響作分析,以此引起對攔污柵問題的重視,使泵站到達(dá)更好的經(jīng)濟(jì)效益。2 攔污柵在使用中的常見問題2.1 攔污柵發(fā)生阻塞攔污柵的作用就是阻止水草、樹根、生活垃圾等異物進(jìn)入進(jìn)水流道,防止其進(jìn)入泵站構(gòu)造的內(nèi)部,對水工建筑物和水力機(jī)械造成危害,使泵站的運(yùn)行受到影響。但是水流所帶來的雜物碎塊的數(shù)量無法預(yù)期估計(jì)和控制,所以攔污柵前堆積的污物經(jīng)常不能及時(shí)的

3、清理,使得攔污柵發(fā)生阻塞,增加了攔污柵前后的水位差,即增大水流對攔污柵的作用力,嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生攔污柵構(gòu)造的變形以致遭到破壞。以斗門縣西安大泵站為例,在攔污柵發(fā)生堵塞后,由于壓力超過攔污柵材料彎曲應(yīng)力極限值,造成攔污柵構(gòu)造彎曲變形而失穩(wěn),被卷進(jìn)大泵輾成鐵餅1。攔污柵的阻塞變形增加了泵站運(yùn)行能量消耗,引起水泵汽蝕、機(jī)組振動(dòng)、泵站被迫停機(jī)等,危害極大。2.2 攔污柵發(fā)生銹蝕攔污柵為空間剛架與平臺板的組合構(gòu)造,常年在水流中浸泡,必然會產(chǎn)生一定的銹蝕。攔污柵發(fā)生銹蝕雖沒有阻塞造成的后果嚴(yán)重,但銹蝕會導(dǎo)致攔污柵過水面積減少,增加水頭損失,減小了水泵的過流才能,同時(shí)也影響了水泵的效率。2.3 攔污柵的振動(dòng)

4、問題 3 攔污柵對泵站的影響攔污柵對泵站的影響可以從水力損失、工作點(diǎn)的改變、空化空蝕、振動(dòng)、噪音、能量和經(jīng)濟(jì)損失等不同的方面考慮。本文結(jié)合江蘇淮安二站進(jìn)展分析。 3.1 水流通過攔污柵產(chǎn)生水力損失攔污柵的水力損失由兩局部組成:其一為固有水頭損失,即水流在通過攔污柵時(shí),柵條對水流有局部的阻礙作用,產(chǎn)生局部水頭損失。另一局部附加水頭損失,其產(chǎn)生的原因是由于攔污柵所攔截的污物局部地堵塞柵孔,或水流的腐蝕作用而導(dǎo)致的銹蝕,使攔污柵原有的邊界條件改變,加劇了對水流的阻礙作用,致使過柵的局部水頭損失增加3。攔污柵的水頭損失4可按下式計(jì)算:攔污柵局部水頭損失的產(chǎn)生導(dǎo)致多種不良的影響,如工作點(diǎn)的改變,產(chǎn)生振動(dòng)

5、,以及由此而產(chǎn)生的其他后果。表1為淮安二站由于攔污柵的阻塞而在進(jìn)出水流道產(chǎn)生的水頭損失。3.3 加劇水泵空化和空蝕攔污柵阻塞使水泵工況點(diǎn)發(fā)生改變,水泵工況點(diǎn)流量減小。這樣進(jìn)入葉輪內(nèi)的水流方向偏離設(shè)計(jì)工況,由于葉片和葉輪室間有間隙而產(chǎn)生回流以及葉片產(chǎn)生的二次回流,導(dǎo)致水流的旋轉(zhuǎn),當(dāng)旋轉(zhuǎn)到達(dá)某種強(qiáng)度時(shí)旋轉(zhuǎn)流中心壓力下降而形成渦帶,當(dāng)葉輪進(jìn)口壓力降到一定值時(shí),葉片反面會發(fā)生空化現(xiàn)象,當(dāng)壓力繼續(xù)降低時(shí),就會發(fā)生空蝕,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致葉片反面空蝕區(qū)域從葉片進(jìn)口端向葉片中部開展。水泵發(fā)生空化、空蝕時(shí),大量汽泡的存在改變了流道內(nèi)特別是葉輪內(nèi)過流面積和流動(dòng)方向,而使葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到破壞,能量損失

6、增加,引起流量、揚(yáng)程及效率的下降,甚至到達(dá)斷流,嚴(yán)重破壞水泵工作性能。另外由于氣泡連續(xù)發(fā)育膨脹和潰滅而產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)葉內(nèi)部,造成了轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)距的脈動(dòng),引起軸功率的波動(dòng),且發(fā)出宏大的噪音,使運(yùn)行不穩(wěn)定,并影響機(jī)組效率。當(dāng)脈動(dòng)頻率接近水泵或某些部件的固有頻率時(shí),會引起較大的振幅。淮安二站的現(xiàn)場試驗(yàn)說明,當(dāng)氣泡區(qū)自激振蕩的壓力脈動(dòng)頻率正好與整個(gè)系統(tǒng)的水力頻率接近時(shí),就會造成氣穴共振4。3.4 機(jī)組頻繁開停機(jī)為了排除攔污柵的阻塞就要對攔污柵進(jìn)展清污,假設(shè)采用人工清污,要頻繁的開停機(jī),這不僅對泵站的根本運(yùn)行不利而且對主機(jī)電的性能和絕緣設(shè)備帶來威脅。如淮安二站的主電機(jī)絕緣己經(jīng)嚴(yán)重老化,近幾年來已發(fā)

7、生幾次定子絕緣在試驗(yàn)時(shí)被擊穿、轉(zhuǎn)子線圈在運(yùn)行中斷路的事故5。同時(shí)由于每次開停機(jī)所引起的水泵裝置的過渡過程對泵站的危害更大,由于工況的變化而產(chǎn)生的非恒定流會引起整個(gè)機(jī)組的壓力發(fā)生劇烈的變化,產(chǎn)生振動(dòng)破壞。3.5 能量損失與經(jīng)濟(jì)損失 4 攔污柵清污存在的問題為理解決泵站清污問題,很早就已經(jīng)開展泵站清污機(jī)的研制,但根本目的是研究機(jī)械的清污功能,沒有充分考慮排灌泵站的運(yùn)行和管理特點(diǎn)。而排灌泵站一般年均運(yùn)行時(shí)間較短,一年中大概有80%的時(shí)間清污機(jī)處于閑置狀態(tài),在露天環(huán)境中難以到達(dá)良好的維修保養(yǎng),所以一旦泵站開機(jī)運(yùn)行,清污機(jī)卻不能保證正常工作,緊急的清污工作就只能采用人工進(jìn)展6。這種方式需要在一定水流速度

8、的情況下進(jìn)展,且只能撈外表浮物,當(dāng)柵差在0.2 m以上時(shí),上部水流加快,就無法打撈1.5 m水面以下的卡阻物。目前淮安二站采用汽車吊撈和船撈兩種清污方式,但是由于工作橋設(shè)計(jì)的不夠合理,致使這兩種清污方式都達(dá)不到理想的效果。又因采用真空破壞閥停機(jī)斷流方式,停機(jī)時(shí)水泵內(nèi)和水泵至真空破壞閥下側(cè)出水流道的大量水?dāng)嗔骱蟮构噙M(jìn)水流道,造成攔污柵面瞬時(shí)水壓差達(dá)4.58 m,倒灌水流猛然從里向外反向沖刷攔污柵,攔污柵上的雜草異物被吸入進(jìn)水池,無法清污6。5結(jié)語(1) 加強(qiáng)泵站攔污柵構(gòu)造與水頭損失關(guān)系、柵條的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究力度,使得過柵流態(tài)有利于減小空化、空蝕和振動(dòng)。(2) 開展泵站攔污柵堵塞、銹蝕影響水頭損失

9、的試驗(yàn)研究和理論研究,尋求更高效的清污方式,保證攔污柵得到及時(shí)有效的清污。(3) 南水北調(diào)工程是國家為解決我國水資源缺乏而采取的一項(xiàng)舉世矚目的水利工程,其東線工程以梯級泵站為根底,逐級提水北送,規(guī)劃調(diào)水規(guī)模每年148億m3,以解決黃淮地區(qū)的缺水問題。這正表達(dá)了泵站在城市生活和農(nóng)業(yè)灌溉中所處的重要位置,因此加強(qiáng)對泵站的研究將有利于發(fā)揮泵站對人民生活的積極作用,因此攔污柵作為泵站平安運(yùn)行的重要因素更有其研究價(jià)值。參考文獻(xiàn): 2 閻詩武.水電站攔污柵的振動(dòng)J.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2001(2):74-77 4 淮安第二抽水站攔污柵對機(jī)組運(yùn)行影響評價(jià)及對策研究報(bào)告(R).江蘇省灌溉總渠管理處,河海大學(xué),2003.10,