撮鎮一級站機組振動與改造措施

宋有權

(肥東縣水務局 ，安徽 肥東 231600)

肥東縣撮鎮泵站經中國灌溉排水發展中心安全鑒定復核綜合評定為三類泵站，由于運行時間較長，必須進行維修加固和更新改造。安徽省發改委以皖發改設計函[2013]402號文批復《肥東縣撮鎮泵站更新改造工程初步設計》，總投資為7348萬元。2013-10-28日開工建設至2017-07-31全面完工。

1 存在的主要問題

撮鎮一級站受巢湖水位影響進水位變幅很大，為徹底消除原臥式機組易受淹的隱患。1999-10～2000-05進行過技術改造，經過十幾年的運行，存在的主要問題如下：

(1)振動大、噪音大。立式泵機組運行振動幅度大、使整座泵房振動，伴隨震耳噪音，使工作人員不敢接近機組；由于泵軸擺度大，電機座推力瓦軸承和水泵橡膠軸承磨損嚴重，運行一段時間就要停機檢維。機組振動不但影響設備完好率，而且降低裝置效率，并成為噪音產生根源；同時振動傳到基礎和建筑物等處，對其他設備和工程造成影響。因機組振動過大，縮短設備使用壽命，嚴重影響泵站運行安全以及人身健康，造成很大的經濟損失和不良的社會影響。

(2)進水池產生漩渦。機組運行時進水池產生漩渦，在最低進水位7.0 m和設計進水位7.5 m 時均產生嚴重的漩渦，竟然在進水位達到8.5 m時仍然有漩渦產生。嚴重時形成進氣漏斗，不僅影響水泵的進水流態，降低水泵效率，也進一步加劇了水泵葉輪的汽蝕和機組的振動，不得不在進水池內設置竹排來減少漩渦的危害。

2 原因分析

經分析，立式機組運行中產生振動原因如下：

(1)電機梁跨度大、斷面偏小引起振動。該站電機主梁跨度大，凈跨8.5m，斷面為400 mm×800mm；機組之間中心距為3.9m，電機次梁凈跨3.5m，斷面為300 mm×500mm，且次梁上還有4個預留電機螺栓孔。電機梁承受的凈荷載包括電機重5.35t、電機座重2.95t和水泵轉子重0.62t，動荷載為水推力2.7t。電機梁跨度大、斷面偏小，剛度不足引起振動。

(2)電機座剛度不夠引起振動。該站電機座剛度不夠。800HL-18泵是廠家的試制產品，電機座剛度未經過試驗和實際運行檢驗，電機座的剛度不夠引起機組振動，后在現場采取在電機座下面墊兩根槽鋼起輔助支撐，從而使振動幅度減小。

(3)電機、水泵基礎分離造成振動。該站廠房采用排架柱基礎，電機梁坐落在排架柱上；水泵是獨立基礎，10臺泵均分開澆筑，分基安裝。機組的水平度和同心度是在凈荷載和特定的水位條件下安裝調整的。由于電機、水泵基礎分離，隨著時間推移，機組運行時，水位的變化和動荷載的作用，廠房和水泵基礎的受力情況不同，不均勻變形在所難免，導致安裝好的機組水平度和同心度發生變化，使機組運行振動和擺度加大。

(4)安裝精度不符合要求引起振動。由于水泵聯軸器和電機座推力瓦平面制造精度有偏差，造成安裝時有的機組，廠家在現場也無法調整滿足水平度和垂直度的要求，機組安裝精度不高，超出水泵和電動機允許的偏偏差，也是機組運行振動和擺度大的重要原因。

(5)淹沒深度不夠、懸空高度不足產生漩渦。該站將原臥式機組改為立式機組時，為節省投資，減少水下部分土方開挖量和鋼筋混凝土工程量，進水管道利用了原有臥式機組的69°彎管傾斜進入進水池，沒有采用流道進水方式，進水喇叭口安裝基本成斜向進水，如圖1所示。電機層高程13.2m, 水泵葉輪中心線高程9.2m,水泵層高程8.4m,喇叭口中心高程5.10 m，喇叭口直徑D=1.20 m，進水池底板高程為4.3 m。按照近似水平安裝計算，規范要求喇叭口懸空高度為(1.0～1.25)D=1.2m～1.56m，底板高程應當在3.54m～3.85m；設計高程3.8 m，實際施工有0.5 m未開挖到位，現狀底板4.3 m，造成進水流態受影響。淹沒深度為(1.8～2.0)D=2.25m～2.5m，淹沒水位應當在7.35m～7.60m，設計進水位7.5m稍差點，而最低進水位7.0m相關更大。由于喇叭口懸空高度和淹沒深度均不滿足規范要求，造成喇叭口進水不均勻，發生偏流，致使進水池產生旋渦，嚴重時形成進氣漏斗。

3 更新改造措施

經研究,更新改造措施如下：

(1)合理設計泵房加固方案。原泵房為排架柱基礎，水泵為獨立基礎，受兩基礎沉降變形不同步影響，機組運行振動大，軸承磨損嚴重。廢棄原獨立水泵基礎，在水泵層新建鋼筋砼結構聯系梁與泵房排架柱連接，解決電機、水泵基礎分離問題；同時在電機梁中間部位新增鋼筋混凝土支柱，減小電機梁跨度；加大電機次梁的截面，增加剛度和強度；在出水側增加13間寬度5.5m的副廠房，將高低壓開關柜和集中控制室移至副廠房內，減小主廠房的荷載，改善值班環境。

(2)合理設計進水管路布置方案。機組中心距離為3.9m，泵房排架柱基礎底高程5.2 m，柱基礎頂高程6.4 m。受排架柱擴大基礎影響，無法滿足流道進水的斷面要求，只能采用管道進水方式。但實際施工發現再采用原69°彎管方式，又要滿足接管道螺栓和預留安裝空間，還是會影響排架柱的擴大基礎。綜合考慮各方面因素，最終確定采用2個90°彎管進水方式，如圖2所示，喇叭口中心高程5.15 m，喇叭口直徑D=1.40 m。垂直安裝時規范要求懸空高度為(0.6～0.8)D=0.84m～1.12m，取1.05 m，設計底板高程4.10m；淹沒深度為(1.0～1.25)D=1.4m～1.75m，淹沒水位應當在6.55mm～6.90m，設計進水位7.5 m，最低進水位7.0m時，喇叭口淹沒深度均滿足要求；雖然局部水力損失增大一點，但徹底解決漩渦問題，實際運行效果很好，再沒有看到漩渦產生。

圖1 撮鎮一級站改造前剖面圖

圖2 撮鎮一級站改造后剖面圖

(3)合理設計電機座改造方案。要求設備廠家認真計算動靜荷載，用工字鋼做框架焊接電機座，加大上下鋼板的厚度，同時兼顧原有的電機座預埋螺栓的位置，在滿足安裝推力瓦軸承的情況下加密縱向結構聯系，在廠里上試驗臺檢驗后再供貨到場。

(4)嚴把機電產品質量關。機電產品的質量缺陷，非安裝上所能解決，后患無窮。招標階段對所購設備和材料提出詳細的技術要求，明確設備監造、檢測和驗收辦法，嚴把產品質量關。泵軸吊裝、運輸、安裝和擱置過程中，防止碰撞，支點適中，防泵軸撓曲變形。安裝前泵軸軸線要進行嚴格的測試校正，確保安裝精度。

(5)嚴格控制機組安裝質量。機組工作性能好壞，除了水力性能和基礎強度因素外，與機組安裝精度關系重大。機泵軸端面(泵座法蘭面)的安裝水平偏差不應大于0.05mm/m，機組軸線相對擺度不應大于0.03mm/m，從而使機泵設備精準、牢固地安裝好，振動、噪音值控制在正常范圍內，并長期維持平衡工作狀態。立式機組安裝，影響安裝精度的關鍵是校水平和校同心，用精度為0.02mm～0.05mm/m的方框水平儀來校驗水平，采用電測法校同心以滿足精度要求；地腳螺栓必須固定牢固，二次灌漿前，將預留孔進行打毛和徹底清理，砼標號高一個級別，可加入適量的膨脹劑，振搗密實，做好養護工作，達到砼額定強度時，才能進行下一道工序。

4 改造效果

站通過泵房加固改造，改變進水管路布置方案，加固電機座，嚴把機電產品質量關，嚴控機組安裝質量。更新改造后通過實際運行，機組振動和噪音均在規范允許范圍內，徹底消除了漩渦。自2016-08投入抗旱運行，2016年和2017年已經累計運行8100臺時，累計提巢湖水6415×104m3，確保2.4×104hm2農業灌溉用水，恢復灌溉面積0.2×104hm2，改善灌溉面積2.2×104hm2，灌溉保證率達到90%，年增產糧食4200×104kg，新增效益7560萬元；改造前泵效87.5%，機效91.2%，凈揚程13.5m，總揚程15.3m，泵站裝置效率為0.704，能源單耗為3.864 kWh/ktm；改造后泵效87.5%，機效94.4%，凈揚程13. 5m，總揚程15. 5m，泵站裝置效率高達0.719，能源單耗為3.783 kWh/ktm；改造后比改造前節約了0.081 kWh/ktm。按多年平均提水4000×104m3，揚程13.5m計算，年均節電4.374×104kWh，節約電費2.54萬元，節能效果顯著；提高了設備完好率、減少維修和運行費用，改善了勞動生產條

件和工作環境，振動、噪音、室溫明顯下降，消除了漩渦；汽蝕性能的改善和抗腐蝕材料的使用使水泵抗汽蝕性能大幅度提高，有效地延長主機組和設備使用壽命和大修周期，減少運行維修費用，取得了巨大的社會效益和經濟效益。

[參考文獻]

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