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(yīng)急泵站工程概況

1.1 工程規(guī)模

泵站屬浮塢式取水泵站，設(shè)計流量15 m3/s，總裝機流量18 m3/s，工程規(guī)模為中型，等別為Ⅲ等，對應(yīng)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?？偼顿Y4600多萬元。工程設(shè)計使用年限為30年。年設(shè)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(jìn)水池（簸箕形）底寬36 m，喇叭口（進(jìn)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(shè)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(shè)防沖石籠一道，進(jìn)站道路為混凝土硬化道路，寬5 m，長433.30 m，拋石護(hù)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(shè)備

泵船2 艘，單艘船體長40 m，寬10 m；供電設(shè)備由2 臺SCB13-干式變壓器組成，分設(shè)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(shè)備，進(jìn)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(tǒng)由1 個中央監(jiān)控主站和12個現(xiàn)場監(jiān)控站組成。

2 水泵結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 水泵結(jié)構(gòu)

水泵外部自下而上有六部分組成：水面以下有濾網(wǎng)、進(jìn)水喇叭口、進(jìn)水管（導(dǎo)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jìn)水喇叭口、進(jìn)水管（導(dǎo)葉體）、出水管并與電機連接，詳見圖2。

圖2 泵站布置側(cè)面簡圖

2.2 工作原理

河水經(jīng)濾網(wǎng)進(jìn)入進(jìn)水喇叭口，通過進(jìn)水喇叭口內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)將水提起，經(jīng)水泵導(dǎo)葉體入進(jìn)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(dǎo)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(shè)，12 月主體工程完工。2020年1月進(jìn)行了短時間試抽水（2 d）。當(dāng)時黃河主流遠(yuǎn)離泵站超1 km，進(jìn)入進(jìn)水池的水是泵站下游2～3 km 處的“回頭水”，經(jīng)途中沉淀后全是清水。2020 年7 月黃河主汛期來臨，經(jīng)超4800 m3/s 流量洪水后黃河主流發(fā)生特大變化，主流與泵站進(jìn)水池連為一體，黃河水?dāng)y帶泥沙、雜物進(jìn)入泵站進(jìn)水池。汛期結(jié)束后，河水降落，泵船擱淺，黃河主流貼近泵站進(jìn)水口。

3.2 泵站運行與管理

應(yīng)灌區(qū)應(yīng)急用水需求，泵站2020 年12 月至2021 年4 月底陸續(xù)向灌區(qū)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(yán)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(jìn)水池淤積問題

4.1.1 存在問題

由于設(shè)計及建設(shè)階段黃河主流距離進(jìn)水池入口較遠(yuǎn)，未著重考慮進(jìn)水池泥沙淤積問題。之后主流偏移至大河右岸與進(jìn)水池相連，進(jìn)水池淤積嚴(yán)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(jìn)水池口構(gòu)筑臨時土圍堰縮小進(jìn)水口寬度，使進(jìn)水池與大河相對獨立，并在進(jìn)水口設(shè)置攔污柵。經(jīng)計算，在設(shè)計取水位高程范圍內(nèi)，進(jìn)水口寬度預(yù)留為20～26 m可滿足泵站設(shè)計取水流量；二是采用絞吸式挖泥船等機械在進(jìn)水池酌情不間斷清淤；三是在圍堰進(jìn)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(yīng)

4.2.1 存在問題

水泵關(guān)停時出水管發(fā)生較強水垂效應(yīng)，瞬間回流致使葉輪迅速反轉(zhuǎn)，對泵體各部件沖擊大，原設(shè)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(guān)停時由于水垂效應(yīng)較強對泵體產(chǎn)生強大沖擊力，效果顯著。

4.3 主軸與膠套軸承嚴(yán)重磨損問題

4.3.1 存在問題

水泵正常運行必須達(dá)到水平狀態(tài)，允許傾斜度為2°。船體傾斜度受開啟水泵數(shù)量、單個水泵出水量等因素影響。該泵船上未設(shè)置自動調(diào)平系統(tǒng)，運行過程中船體傾斜度2°以內(nèi)難以把握和隨時自動調(diào)節(jié)，主軸與膠套軸承之間產(chǎn)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(yuǎn)（約2.30 m），且淹沒于渾水中，黃河水?dāng)y帶大量泥沙（其中含有鐵砂），水泵略有傾斜，磨損嚴(yán)重，運行1周左右便出現(xiàn)偏磨，噪音、震動過大，進(jìn)而導(dǎo)致葉輪邊沿與導(dǎo)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(jìn)行注清水試改。試改后的2 臺水泵經(jīng)2022年元月為期29d抽水檢驗，效果改善明顯，沒有出現(xiàn)偏磨、震動過大現(xiàn)象。

4.4 維修過程復(fù)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(jìn)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(tǒng)壓力罐、送水管和球形閥門易凍裂。

4.4.2 處理措施

對技術(shù)含量不高的配件就近交予專業(yè)機械廠制作降低成本，在專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下拆卸組裝。并自備清水水源，對供清水系統(tǒng)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(jìn)水池入口設(shè)固定圍堰，堰頂高程至少為百年一遇洪水水位，圍堰進(jìn)水口設(shè)置攔污柵。汛期將進(jìn)水口封堵，阻斷黃河水進(jìn)入進(jìn)水池，確保泵站度汛安全同時，減少進(jìn)水池淤積。抽水前清理進(jìn)水口、修整攔污柵保證進(jìn)水量足順暢。

水泵采用潛水軸流污水泵。在原設(shè)備基礎(chǔ)上不改電力供應(yīng)、不改出水設(shè)施，在原水泵位置安裝上口封閉圓柱體水箱，水箱內(nèi)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(jié)論

引黃灌區(qū)浮塢式取水泵站的建設(shè)與管理必須考慮黃河水含沙量較大和來水?dāng)y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(shè)引渠，將泥沙沉淀于途中，雜物攔截于池外。進(jìn)水池入口不宜過寬，流速平穩(wěn)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(yīng)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(shè)置自動調(diào)平系統(tǒng)。