论杭州市备塘河配水闸站技术改造

　　摘要：随着水利工程的发展,我国水利基础设施日趋完善。本文结合作者实际工作经验，针对杭州市备塘河配水闸站建设中存在的问题进行分析，并提出相应的解决办法，革新改造后，既安全可靠，又取得显著的经济效益和社会效益，对同类型水闸工程，具有现实的参考价值。
　　关键词：配水闸；水泵运行；技术改造
　　1、工程概况
　　杭州市备塘河配水闸站位于杭州市艮山铁路货场、东新路东侧江南巷尽端，内设两台700QWG-160型潜水贯流泵，配水设计流量3.0m3/s，于2002年投入运行。整个工程由水闸、配水泵室、管理房、护岸及绿化组成，工程的主要功能为非汛期从上塘河抽水进入备塘河，加速备塘河的水流速度，改善市区河道水环境；汛期时，打开水闸，将备塘河的涝水排入上塘河。
　　2、工程存在的主要问题
　　备塘河配水闸站建设时水泵的运行特点定位为间歇性、阶段性配水，没有预计到后来的实际运行工况为长期连续运行，水泵年运行时间远远超过预计，机组自2002年7月开始运行，至2009年12月每台机组平均连续运行达到26000小时，长时间连续运行后水泵叶轮磨损严重，泵站设备需要进行经常性检修维护。由于当当初工程建设工期短、资金紧张，整个泵站布置较为简单，限于当时的设备制造水平，潜水贯流泵作为一种新产品，在产品结构的设计及制造工艺上均有不足之处，长时间运行后，机电设备及工程的其它缺陷开始显现。
　　2.1水泵机组存在的问题
　　2.1.1泵站主要用于备塘河的配水，备塘河全长约12千米，河道河面宽度一般在6米到32米之间，平均河宽为20米，按24小时换水一次计算，需配水流量为2.9m3/s。但从泵站实测流量看，已偏离当初的设计工况点，下表为备塘河配水闸站配水流量的测量数据。
　　表1备塘河泵站现场实测水泵流量扬程数据
　　工况 上塘河侧水位(m) 备塘河侧水位(m) 泵站流量(l/s)
　　两泵全开 3.2 3.69 2746.7（单泵1373.35)
　　2号泵 3.21 3.68 1450.0
　　1号泵 3.2 3.68 1439.1
　　从上表看，实际水泵工作净扬程为0.47～0.49m，远低于当初设计选定的净扬程0.73m，根据水泵特性曲线，扬程小时流量大，现水泵的流量应大于当初设计选定的流量值，而实际情况反而流量值小。从泵站装设的700QWG-160型潜水贯流泵性见表2。
　　表2700QWG-160型潜水贯流泵性能表
　　叶片安装角度 流量Q 扬程H
　　（m） 转速n
　　r/min 轴功率 电机功率 效率η
　　(%) 叶轮直径d(mm)
　　 m3/h (l/s)   (kW) (kW)  
　　0 4694
　　5272
　　5602 1304
　　1464
　　1556 2.52
　　1.88
　　1.36 580 39.63
　　31.76
　　25.52 45 81.35
　　85.06
　　81.35 650
　　从性能表可以看出，对于叶片安装角=0°时，设计工况点扬程H=1.88m，单机流量Q=1.464m3/s，效率η=85.06%，轴功率N=31.76kW，配用电机功率45kW，当初设计选用的泵型是合理的，处于高效区。
　　根据现场实测流量数据及水泵性能性曲线进行计算，得到测量时水泵工作点参数见表3
　　表3实测潜水泵实际工作点参数
　　工况 泵站实测
　　流量(m3/s) 泵站实测净扬程（m） 特性曲线对应点扬程(m) 实实际流道水头损失（（m） 计算流道水头损失（m）
　　两泵全开 1.373 0.49 2.3 1.81 1.11
　　2号泵 1.45 0.47 1.85 1.38 1.24
　　1号泵 1.4391 0.48 2.0 1.52 1.22
　　从上表可以看出，本工程实际流道水头实际水头损失较计算流道损失大很多，说明水泵装置效率较当初设计选定值低，水泵的实际运行工况点已偏离设计工况点，扬程和流量都比设计工况点低。分析原因可能是因为经长年连续运行水泵叶轮磨损严重，加上泵体结构设计不尽合理，汽蚀导致大量的汽泡堵塞转轮部分流道，使水泵性能较差，配水效率低。
　　2.2.2水泵生产厂家转型生产大型泵，所用的700QWG-160型潜水贯流泵已停止生产，设备的后续返厂检修及零配件的更换无法保证。
　　2.2.3潜水贯流泵与泵室穿墙管之间没有设置伸缩节，采用刚性联接，水泵设备互换性差，给泵组检修维护时的装拆带来很大的困难，只有通过更换新水泵，缩小水泵泵体的长度，在水泵与穿墙管之间增设伸缩节解决此问题。
　　2.2、其它设施存在的问题
　　2.2.1现泵站的进口检修与拦污栅共用门槽，门槽四周没有埋设止水座面及护角，加上底坎施工时留下的一些问题，水泵进口检修门封堵时漏水严重，每次水泵的装拆及返厂检修维护均需请潜水员采用水下塞棉花堵空隙的方式止水，既增加了安全生产隐患又浪费资金。
　　2.2.2泵站进口拦污栅栅条净距过大。泵站水泵叶轮直径只有650mm，栅条净距宜为32mm或不大于水泵转轮叶片之间的最小间距，而实际间距为45mm，运行中造成有大量的小污物通过拦污栅进入水泵进水流道中却又无法通过叶轮，造成叶轮阻塞，降低水泵效率。因此在实际运行中须时不时要在停泵时拉开流道出口的拍门，通过水流倒灌机组反转将污物冲出水泵进水口。
　　2.2.3电气设备中，水泵控制柜和闸门控制箱等均存在结构简单、设施老化陈旧、外观难看、操作不直观等缺点，同时由于没有预留计算机监控接口，不利于将来监控改造实施。
　　3、主要技术改造项目
　　3.1更换主水泵，采用技术成熟，性能先进的定型产品，减少检修维护的工作量。
　　由于是改造泵站，土建结构无法改便，水泵的型式与台数也无法做大的变动，经比较后仍选700QGL-160做为选定泵型，上塘河常年水位以人工控制为主，平均水位相应提高并保持相对稳定在3.2～3.3m，因此泵站的上游水位是确定的。考虑到流量加大对改善备塘河的水质有利，因此在泵型选定的情况下，对不同的转轮叶片安装角进行了比较。
　　方案一：选择叶片安装角度+2°，特点是流量较大的，此时转轮主要性能如下：
　　表5700QGL-160ad型潜水贯流泵性能表
　　叶片安装角度 流量Q 扬程H
　　（m） 转速nr/min 轴功率 电机功率 效率
　　η(%) 叶轮直径d(mm)
　　 m3/h (l/s)   (kW) (kW)  
　　+2 5331.4
　　5697.5
　　6195.5 1480.91582.61721.0 2.49
　　2.21
　　1.55 580 44.93
　　41.34
　　32.10 55 80.52
　　83.00
　　81.35 650
　　根据本工程最高扬程、最低扬程进行水泵运行工况点参数计算，叶片安装角度+2°时，700QWG-160型水泵电动机组计算结果见表6，
　　表6700QWL-160型潜水泵运行工况参数计算
　　净扬程(m) 流量(m3/s) 扬程(m) 效率(%) 轴功率(kw)
　　0.55 1.58 2.22 83% 41.45
　　0.35 1.60 2.07 83% 39.15
　　从上表可以看出，对于备塘河泵站所需的工作扬程，采用700QWL-160型潜水泵，叶轮角度采用+2°布置，水泵始终在高效区工作，同时可以有效提高泵站的配水流量，进一步改善备塘河的水质，缺点是所配的电动机容量需加大，根据计算负荷，泵站需配160KVA的变压器，二目前主变容量为125KVA，由于负荷增加，为经测算配电设备改造升级的费用达59万元，不经济。
　　方案二：仍采用叶片安装角度为0°，此时转轮性见前面的表2：
　　根据本工程最高扬程、最低扬程进行水泵运行工况点参数计算，700QWG-160型水泵电动机组计算结果见表8。
　　表8700QWL-160型潜水泵运行工况参数计算
　　净扬程(m) 流量(m3/s) 扬程(m) 效率(%) 轴功率(kw)
　　0.55 1.438 1.94 85.06 32.17
　　0.35 1.475 1.81 85.06 30.79
　　从上表可以看出，对于备塘河泵站所需的工作扬程，采用700QWL-160型潜水泵，叶轮角度采用0°布置，水泵始终在高效区工作。配套电机功率不变，泵站原变配电设备可以不动。因此，水泵改造仍采用原转轮，原水泵安装角度，并对水泵的气蚀性能要求有所提高，采用技术成熟，性能先进的定型产品，减少检修维护的工作量。
　　3.2增加可靠的截流装置及伸缩节，提高水泵的互换性及拆装的方便性。针对现状在保证不动泵室穿墙管的情况下，根据两个穿墙管之间的距
　　离对泵房内部的设备进行重新选择和布置，在有限的空间内增加流道进口
　　的断流设施及与水泵连接的伸缩节。主要改造为上游流道穿墙管后布置一
　　个DN800的刀型平板闸阀，水流方向厚度仅为110mm，与管道采用对夹式
　　连接，解决了进口检修门不能很好地断流。根据选定泵型700QGL-160，
　　最小结构长度为2350mm，较原水泵泵体长度小750mm，有足够的长度在上、
　　下游增加两个伸缩节，同时由于原水泵基础无法更换，现水泵基础根据原
　　基础现配，上、下游同时增加伸缩节可以方便水泵的固定安装，伸缩节选
　　用DN800的口径可曲挠橡胶接头，接头的长度为260mm，最大伸长量为
　　16mm，最大压缩量为25mm，充许有22mm的径向位移，不仅解决了机组检
　　修互换的问题，还可弥补原穿墙管对中不够的缺点。
　　3.3改造泵站进口拦污栅。
　　对原进口拦污栅进行改造，在不动土建结构的前题下，根据原拦污栅栅槽尺寸，重新设计，制造拦污栅，减少栅条间距至30mm，满足轴流式水泵栅条间距不大于0.05D的要求，重新制作的拦污栅栅框采用10号工字钢和10号槽钢焊制，栅条采用-4×40mm扁钢制作，降低扁钢的高度，既方便焊制，又可减少水头损失。
　　3.4电气设备的改造。
　　3.4.1水泵控制系统改造：主水泵电机容量为45KW，为了防止电机起动时在配电母线上引起的电压下降影响其他设备的正常工作，确保配电母线电压不低于85%，降低起动电流对系统造成的冲击，主电机起动采用软起动器限流起动；每台主水泵设置电力分表，用于内部经济技术考核的需要。
　　3.4.2闸门控制系统改造：每扇闸门设置开度仪，开度仪和行程开关相互配合，以保证闸门启闭更加安全、可靠，开度仪也可实时显示跟踪闸门的开度情况。
　　3.4.3水泵、闸门以及刀阀控制系统均预留计算机监控接口，以便将来监控改造实施。

《论杭州市备塘河配水闸站技术改造》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 论杭州市备塘河配水闸站技术改造

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-14442