鐘躍凡

（益陽市城市防洪工程管理處，湖南 益陽 413000）

1 工程概況

西流灣電排位于益陽市中心城區(qū)秀峰排水片區(qū)北部，始建于1995 年，系該排區(qū)唯一的外排機(jī)埠，排區(qū)總面積9.58 km2，沿水流方向布置了攔污柵、檢修閘、進(jìn)水流道、機(jī)房、出水流道、防洪閘、消能設(shè)施等建筑物。結(jié)合城市排污要求，電排于2005 年完成了擴(kuò)容改造，總裝機(jī)9 臺共1 838 kW（其中污水提升528 kW），總提排流量19.89 m3/s（污水提升流量1.11 m3/s），排漬泵分高排和低排，獨(dú)立布置，其中高排3 臺共750 kW，低排2 臺560 kW。高低排均選用潛水軸流泵，低排型號為1200ZQB-100，設(shè)計(jì)揚(yáng)程5.88 m，流量3.6 m3/s，配套電機(jī)功率280 kW，ND=490 r/min，葉片安裝角-2°；高排型號為1200ZQB-100*，設(shè)計(jì)揚(yáng)程3.6 m，流量3.86 m3/s，配套電機(jī)功率250 kW，ND=490 r/min，葉片安裝角-2°。

2 主要問題及原因分析

2.1 運(yùn)行中存在的主要問題

電排自2005 年投入運(yùn)行以來，一直存在振動大、噪音大的問題，運(yùn)行電流也存在爬升現(xiàn)象。經(jīng)多年運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，280 kW 軸流泵的運(yùn)行電流一般從485 A左右開始不斷爬升，直至730 A 時電機(jī)保護(hù)自動跳閘停機(jī)，每次運(yùn)行時長不超過30 min（圖1）；250 kW 軸流泵的運(yùn)行電流則從435 A 左右開始不斷爬升，直至685 A 時電機(jī)保護(hù)自動跳閘停機(jī)，每次運(yùn)行時長在20 min 左右（圖2）；而在斷開保護(hù)強(qiáng)行運(yùn)行時則又出現(xiàn)繞組過熱的問題，導(dǎo)致設(shè)備只能不斷停機(jī)開機(jī)斷續(xù)運(yùn)行，加大了運(yùn)行操作難度，降低了運(yùn)行效率。

圖1 原280 kW 機(jī)組采用電壓斜坡啟動運(yùn)行時電流不斷爬升曲線圖

圖2 原250 kW 機(jī)組采用電壓斜坡啟動運(yùn)行時電流不斷爬升曲線圖

為解決上述問題，工作人員主要采取了泵池穩(wěn)流、調(diào)整水泵后壁距，全面改造進(jìn)水流道、水泵返廠大修和調(diào)整吸入高度等措施，但均未能解決問題。隨著電機(jī)不斷老化，在2016 年7 月的強(qiáng)降雨過程中，為搶排澇水，采取了斷開相關(guān)保護(hù)運(yùn)行的措施，導(dǎo)致2 臺泵的電機(jī)燒毀。

2.2 原因分析

技術(shù)人員通過對水泵葉輪葉片和進(jìn)水喇叭口檢查，發(fā)現(xiàn)汽蝕相當(dāng)嚴(yán)重，在查閱相關(guān)技術(shù)資料后，經(jīng)分析，認(rèn)為主要是以下兩種情況引起的水泵汽蝕，導(dǎo)致運(yùn)行中出現(xiàn)問題:

1）由于受進(jìn)水口現(xiàn)場條件限制，該泵站未設(shè)置前池，來水從進(jìn)水涵管直接高速沖入進(jìn)水池，引起流態(tài)紊亂，水流不能均勻流入葉輪室，致使產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

2）該泵站原先使用的泵型為1200QZB-100-12P潛水軸流泵，葉輪直徑D 為1 m，ND=490 r/min，其ND=1×490=490 r/min。原潛水軸流泵的轉(zhuǎn)速高導(dǎo)致線速度ND 過高，ND 過高導(dǎo)致汽蝕余量NPSHr 過大，泵站現(xiàn)有的進(jìn)水池水深不能滿足條件而發(fā)生汽蝕。

汽蝕產(chǎn)生后阻塞流道，出流減少，效率嚴(yán)重下降，輸入功率變大，電流逐漸變大，同時產(chǎn)生振動大，噪聲大，繞組過熱現(xiàn)象。而電流增大后，使汽蝕現(xiàn)象進(jìn)一步惡化，如此循環(huán)作用，直到過電流繼電器的保護(hù)動作，使水泵停止運(yùn)行，是典型的汽蝕導(dǎo)致泵工作不穩(wěn)定。

3 解決方案及運(yùn)行效果

3.1 解決方案

受進(jìn)水口現(xiàn)場條件限制，泵站無法設(shè)置前池，只能從電機(jī)和水泵兩方面入手解決問題。

首先，在電機(jī)方面采用通風(fēng)降溫的措施，防止發(fā)熱引起電流不斷上升。具體措施見表1。

表1 具體措施

其次，水泵方面采取降低水泵ND 值的措施。降低ND 值就是降低水泵的汽蝕余量NPSHr，降低對泵站裝置余量NPSHa 的要求，增強(qiáng)了泵的抗汽蝕性能，解決了許多泵站因淹沒深度不夠而出現(xiàn)電流爬升現(xiàn)象。

原水泵采用12p，ND=490 r/min，葉輪直徑D=1 m，即ND=490 r/min，在保持葉輪直徑不變的前提下，將電機(jī)極數(shù)改為16p，ND=365 r/min，即ND 值由原先的490 降至365。

3.2 運(yùn)行效果

在確認(rèn)了更新潛水軸流泵的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和改造措施后，天津甘泉公司生產(chǎn)了2 臺280 kW 和3 臺250 kW 潛水軸流泵，并在2017 年汛前完成安裝調(diào)試。在汛期運(yùn)行過程中，280 kW 軸流泵連續(xù)運(yùn)行12 h，電流一直穩(wěn)定在595 A 左右（圖3）；250 kW 軸流泵連續(xù)運(yùn)行8 h，電流一直穩(wěn)定在515 A 左右（圖4）。同時從運(yùn)行狀態(tài)來看，新泵運(yùn)行噪音小、振動小，流量明顯比原來大（由排水管道出口水舌形狀判斷），因此西流灣電排管理站本次設(shè)備更新改造達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，成功解決了機(jī)組12 年來的運(yùn)行問題。

圖3 改進(jìn)后的280 kW 機(jī)組采用電壓斜坡啟動運(yùn)行時電流曲線圖

4 結(jié) 語

通過對西流灣電排運(yùn)行中長期存在的問題進(jìn)行分析和研究，提出在土建方面無法滿足流態(tài)要求的情況下，通過對水泵電機(jī)進(jìn)行改造，是達(dá)到良好運(yùn)行效果的一種解決方案。我們認(rèn)為對于開敞式進(jìn)水流道，使用潛水軸流泵時，只要進(jìn)水流道寬度合理，來流充足，如果運(yùn)行時出現(xiàn)電流不斷爬升以及振動大，噪音大等現(xiàn)象，僅通過對流道進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)（改成封閉式進(jìn)水流道除外）、泵安裝高度及泵后壁距的調(diào)整，一般效果是不明顯的。在泵站建設(shè)中，選擇合適的設(shè)備是非常重要的。

圖4 改進(jìn)后250 kW 機(jī)組采用電壓斜坡啟動運(yùn)行時電流曲線圖