引黃灌區浮塢式取水泵站建設管理的探索

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 三義寨抗旱應急泵站工程概況

1.1 工程規模

泵站屬浮塢式取水泵站，設計流量15 m3/s，總裝機流量18 m3/s，工程規模為中型，等別為Ⅲ等，對應建筑物級別為3級，臨時建筑物級別為5級。永久性占地2.88 hm3。總投資4600多萬元。工程設計使用年限為30年。年設計提水量17 496萬m3。

1.2 泵站主要建筑物

如圖1所示，泵站進水池（簸箕形）底寬36 m，喇叭口（進水口）長邊143.20 m，短邊86 m，深10 m，喇叭口正對黃河主河床（設計抽水揚程5.60～6.80 m）；出水池長90 m，凈寬5 m，凈高4 m；輔助工程設防沖石籠一道，進站道路為混凝土硬化道路，寬5 m，長433.30 m，拋石護坡厚1 m，長210 m。

圖1 泵站平面布置簡圖

1.3 泵站主要機電設備

泵船2 艘，單艘船體長40 m，寬10 m；供電設備由2 臺SCB13-干式變壓器組成，分設于2艘泵船；水泵及配套電機各12 臺。水泵額定流量1.50 m3/s，額定揚程8.25 m，水泵為注清水式軸流泵，泵體總高4.69 m；電機額定功率180 kW，機體高度1.40 m；輔助設備，進水管和出水管各12根鋼管，直徑700 mm，出水管總長33.60 m（含兩段軟連接）；自動控制系統由1 個中央監控主站和12個現場監控站組成。

2 水泵結構和工作原理

2.1 水泵結構

水泵外部自下而上有六部分組成：水面以下有濾網、進水喇叭口、進水管（導葉體）三部分和水面以上有出水管、泵軸與電機連接及電機三部分；水泵內部結構為葉輪、連接葉輪與電機主軸（長2.70 m）及上下2個固定軸承（屬膠套軸承），整個主軸貫穿進水喇叭口、進水管（導葉體）、出水管并與電機連接，詳見圖2。

圖2 泵站布置側面簡圖

2.2 工作原理

河水經濾網進入進水喇叭口，通過進水喇叭口內葉輪旋轉將水提起，經水泵導葉體入進水管，再到出水管后入出水渠。葉輪上方有1 個膠套軸承固定主軸，淹沒在渾水中；出水管頂端也有1個膠套軸承固定主軸，上端有石棉綆填充封閉以免渾水從出水管冒出，同時有不低于2個大氣壓的清水由上方注入膠套軸承與主軸之間（屬外部自來水導入壓力罐后向水泵注清水），起潤滑和降溫作用；泵軸與電機連接由1個鋼珠軸承固定主軸，固定軸承浸沒于潤滑油中。

3 泵站運行與管理

3.1 河勢變化

工程于2019 年5 月開工建設，12 月主體工程完工。2020年1月進行了短時間試抽水（2 d）。當時黃河主流遠離泵站超1 km，進入進水池的水是泵站下游2～3 km 處的“回頭水”，經途中沉淀后全是清水。2020 年7 月黃河主汛期來臨，經超4800 m3/s 流量洪水后黃河主流發生特大變化，主流與泵站進水池連為一體，黃河水攜帶泥沙、雜物進入泵站進水池。汛期結束后，河水降落，泵船擱淺，黃河主流貼近泵站進水口。

3.2 泵站運行與管理

應灌區應急用水需求，泵站2020 年12 月至2021 年4 月底陸續向灌區3 次抽水約3900 萬m3，水泵交替工作，交替維修，每臺水泵平均累計運行約605 h，每臺泵平均累計運行200 h需維修一次，主要為主軸、橡膠軸承、葉輪損毀，泵體震動嚴重；噪音過大，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 存在問題與探索

4.1 進水池淤積問題

4.1.1 存在問題

由于設計及建設階段黃河主流距離進水池入口較遠，未著重考慮進水池泥沙淤積問題。之后主流偏移至大河右岸與進水池相連，進水池淤積嚴重、快速，泵站7-10 d運行后不得不停泵清淤。

4.1.2 處理措施

一是在進水池口構筑臨時土圍堰縮小進水口寬度，使進水池與大河相對獨立，并在進水口設置攔污柵。經計算，在設計取水位高程范圍內，進水口寬度預留為20～26 m可滿足泵站設計取水流量；二是采用絞吸式挖泥船等機械在進水池酌情不間斷清淤；三是在圍堰進水口及船體周圍人工打撈漂浮雜物。

4.2 停泵時出水管水垂效應

4.2.1 存在問題

水泵關停時出水管發生較強水垂效應，瞬間回流致使葉輪迅速反轉，對泵體各部件沖擊大，原設計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，在出水管口安裝專用止水拍門以減小水泵關停時由于水垂效應較強對泵體產生強大沖擊力，效果顯著。

4.3 主軸與膠套軸承嚴重磨損問題

4.3.1 存在問題

水泵正常運行必須達到水平狀態，允許傾斜度為2°。船體傾斜度受開啟水泵數量、單個水泵出水量等因素影響。該泵船上未設置自動調平系統，運行過程中船體傾斜度2°以內難以把握和隨時自動調節，主軸與膠套軸承之間產生摩擦難以控制。出水管頂端膠套軸承與上部主軸和電機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（約2.30 m），且淹沒于渾水中，黃河水攜帶大量泥沙（其中含有鐵砂），水泵略有傾斜，磨損嚴重，運行1周左右便出現偏磨，噪音、震動過大，進而導致葉輪邊沿與導流體磨損，抽水量銳減。

4.3.2 處理措施

對葉輪上方膠套軸承進行注清水試改。試改后的2 臺水泵經2022年元月為期29d抽水檢驗，效果改善明顯，沒有出現偏磨、震動過大現象。

4.4 維修過程復雜、成本高，且水泵運行受自來水供給的制約

4.4.1 存在問題

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

4.4.2 處理措施

對技術含量不高的配件就近交予專業機械廠制作降低成本，在專業技術人員指導下拆卸組裝。并自備清水水源，對供清水系統壓力罐、送水管和球形閥門包裹保溫層。

5 完善解決問題的思考

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

水泵采用潛水軸流污水泵。在原設備基礎上不改電力供應、不改出水設施，在原水泵位置安裝上口封閉圓柱體水箱，水箱內放置等額定流量、等額定揚程、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臺潛水軸流污水泵，共啟用3 次抽水，累計晝夜不間斷運行51 d，無檢修，無維修，效果良好。

6 結論

引黃灌區浮塢式取水泵站的建設與管理必須考慮黃河水含沙量較大和來水攜帶雜物等較多因素，建議措施如下：泵站與大河要相對獨立，有條件可設引渠，將泥沙沉淀于途中，雜物攔截于池外。進水池入口不宜過寬，流速平穩下能滿足取水流量即可。揚程較高泵站要注重解決出水管水垂反應的問題。選用水泵要與浮船相匹配，不宜選用主軸較長的軸流泵，最好選用潛水軸流污水泵。浮船上設置自動調平系統。