撮镇一级站机组振动与改造措施

宋有权

(肥东县水务局 ，安徽 肥东 231600)

肥东县撮镇泵站经中国灌溉排水发展中心安全鉴定复核综合评定为三类泵站，由于运行时间较长，必须进行维修加固和更新改造。安徽省发改委以皖发改设计函[2013]402号文批复《肥东县撮镇泵站更新改造工程初步设计》，总投资为7348万元。2013-10-28日开工建设至2017-07-31全面完工。

1 存在的主要问题

撮镇一级站受巢湖水位影响进水位变幅很大，为彻底消除原卧式机组易受淹的隐患。1999-10～2000-05进行过技术改造，经过十几年的运行，存在的主要问题如下：

(1)振动大、噪音大。立式泵机组运行振动幅度大、使整座泵房振动，伴随震耳噪音，使工作人员不敢接近机组；由于泵轴摆度大，电机座推力瓦轴承和水泵橡胶轴承磨损严重，运行一段时间就要停机检维。机组振动不但影响设备完好率，而且降低装置效率，并成为噪音产生根源；同时振动传到基础和建筑物等处，对其他设备和工程造成影响。因机组振动过大，缩短设备使用寿命，严重影响泵站运行安全以及人身健康，造成很大的经济损失和不良的社会影响。

(2)进水池产生漩涡。机组运行时进水池产生漩涡，在最低进水位7.0 m和设计进水位7.5 m 时均产生严重的漩涡，竟然在进水位达到8.5 m时仍然有漩涡产生。严重时形成进气漏斗，不仅影响水泵的进水流态，降低水泵效率，也进一步加剧了水泵叶轮的汽蚀和机组的振动，不得不在进水池内设置竹排来减少漩涡的危害。

2 原因分析

经分析，立式机组运行中产生振动原因如下：

(1)电机梁跨度大、断面偏小引起振动。该站电机主梁跨度大，净跨8.5m，断面为400 mm×800mm；机组之间中心距为3.9m，电机次梁净跨3.5m，断面为300 mm×500mm，且次梁上还有4个预留电机螺栓孔。电机梁承受的净荷载包括电机重5.35t、电机座重2.95t和水泵转子重0.62t，动荷载为水推力2.7t。电机梁跨度大、断面偏小，刚度不足引起振动。

(2)电机座刚度不够引起振动。该站电机座刚度不够。800HL-18泵是厂家的试制产品，电机座刚度未经过试验和实际运行检验，电机座的刚度不够引起机组振动，后在现场采取在电机座下面垫两根槽钢起辅助支撑，从而使振动幅度减小。

(3)电机、水泵基础分离造成振动。该站厂房采用排架柱基础，电机梁坐落在排架柱上；水泵是独立基础，10台泵均分开浇筑，分基安装。机组的水平度和同心度是在净荷载和特定的水位条件下安装调整的。由于电机、水泵基础分离，随着时间推移，机组运行时，水位的变化和动荷载的作用，厂房和水泵基础的受力情况不同，不均匀变形在所难免，导致安装好的机组水平度和同心度发生变化，使机组运行振动和摆度加大。

(4)安装精度不符合要求引起振动。由于水泵联轴器和电机座推力瓦平面制造精度有偏差，造成安装时有的机组，厂家在现场也无法调整满足水平度和垂直度的要求，机组安装精度不高，超出水泵和电动机允许的偏偏差，也是机组运行振动和摆度大的重要原因。

(5)淹没深度不够、悬空高度不足产生漩涡。该站将原卧式机组改为立式机组时，为节省投资，减少水下部分土方开挖量和钢筋混凝土工程量，进水管道利用了原有卧式机组的69°弯管倾斜进入进水池，没有采用流道进水方式，进水喇叭口安装基本成斜向进水，如图1所示。电机层高程13.2m, 水泵叶轮中心线高程9.2m,水泵层高程8.4m,喇叭口中心高程5.10 m，喇叭口直径D=1.20 m，进水池底板高程为4.3 m。按照近似水平安装计算，规范要求喇叭口悬空高度为(1.0～1.25)D=1.2m～1.56m，底板高程应当在3.54m～3.85m；设计高程3.8 m，实际施工有0.5 m未开挖到位，现状底板4.3 m，造成进水流态受影响。淹没深度为(1.8～2.0)D=2.25m～2.5m，淹没水位应当在7.35m～7.60m，设计进水位7.5m稍差点，而最低进水位7.0m相关更大。由于喇叭口悬空高度和淹没深度均不满足规范要求，造成喇叭口进水不均匀，发生偏流，致使进水池产生旋涡，严重时形成进气漏斗。

3 更新改造措施

经研究,更新改造措施如下：

(1)合理设计泵房加固方案。原泵房为排架柱基础，水泵为独立基础，受两基础沉降变形不同步影响，机组运行振动大，轴承磨损严重。废弃原独立水泵基础，在水泵层新建钢筋砼结构联系梁与泵房排架柱连接，解决电机、水泵基础分离问题；同时在电机梁中间部位新增钢筋混凝土支柱，减小电机梁跨度；加大电机次梁的截面，增加刚度和强度；在出水侧增加13间宽度5.5m的副厂房，将高低压开关柜和集中控制室移至副厂房内，减小主厂房的荷载，改善值班环境。

(2)合理设计进水管路布置方案。机组中心距离为3.9m，泵房排架柱基础底高程5.2 m，柱基础顶高程6.4 m。受排架柱扩大基础影响，无法满足流道进水的断面要求，只能采用管道进水方式。但实际施工发现再采用原69°弯管方式，又要满足接管道螺栓和预留安装空间，还是会影响排架柱的扩大基础。综合考虑各方面因素，最终确定采用2个90°弯管进水方式，如图2所示，喇叭口中心高程5.15 m，喇叭口直径D=1.40 m。垂直安装时规范要求悬空高度为(0.6～0.8)D=0.84m～1.12m，取1.05 m，设计底板高程4.10m；淹没深度为(1.0～1.25)D=1.4m～1.75m，淹没水位应当在6.55mm～6.90m，设计进水位7.5 m，最低进水位7.0m时，喇叭口淹没深度均满足要求；虽然局部水力损失增大一点，但彻底解决漩涡问题，实际运行效果很好，再没有看到漩涡产生。

图1 撮镇一级站改造前剖面图

图2 撮镇一级站改造后剖面图

(3)合理设计电机座改造方案。要求设备厂家认真计算动静荷载，用工字钢做框架焊接电机座，加大上下钢板的厚度，同时兼顾原有的电机座预埋螺栓的位置，在满足安装推力瓦轴承的情况下加密纵向结构联系，在厂里上试验台检验后再供货到场。

(4)严把机电产品质量关。机电产品的质量缺陷，非安装上所能解决，后患无穷。招标阶段对所购设备和材料提出详细的技术要求，明确设备监造、检测和验收办法，严把产品质量关。泵轴吊装、运输、安装和搁置过程中，防止碰撞，支点适中，防泵轴挠曲变形。安装前泵轴轴线要进行严格的测试校正，确保安装精度。

(5)严格控制机组安装质量。机组工作性能好坏，除了水力性能和基础强度因素外，与机组安装精度关系重大。机泵轴端面(泵座法兰面)的安装水平偏差不应大于0.05mm/m，机组轴线相对摆度不应大于0.03mm/m，从而使机泵设备精准、牢固地安装好，振动、噪音值控制在正常范围内，并长期维持平衡工作状态。立式机组安装，影响安装精度的关键是校水平和校同心，用精度为0.02mm～0.05mm/m的方框水平仪来校验水平，采用电测法校同心以满足精度要求；地脚螺栓必须固定牢固，二次灌浆前，将预留孔进行打毛和彻底清理，砼标号高一个级别，可加入适量的膨胀剂，振捣密实，做好养护工作，达到砼额定强度时，才能进行下一道工序。

4 改造效果

站通过泵房加固改造，改变进水管路布置方案，加固电机座，严把机电产品质量关，严控机组安装质量。更新改造后通过实际运行，机组振动和噪音均在规范允许范围内，彻底消除了漩涡。自2016-08投入抗旱运行，2016年和2017年已经累计运行8100台时，累计提巢湖水6415×104m3，确保2.4×104hm2农业灌溉用水，恢复灌溉面积0.2×104hm2，改善灌溉面积2.2×104hm2，灌溉保证率达到90%，年增产粮食4200×104kg，新增效益7560万元；改造前泵效87.5%，机效91.2%，净扬程13.5m，总扬程15.3m，泵站装置效率为0.704，能源单耗为3.864 kWh/ktm；改造后泵效87.5%，机效94.4%，净扬程13. 5m，总扬程15. 5m，泵站装置效率高达0.719，能源单耗为3.783 kWh/ktm；改造后比改造前节约了0.081 kWh/ktm。按多年平均提水4000×104m3，扬程13.5m计算，年均节电4.374×104kWh，节约电费2.54万元，节能效果显著；提高了设备完好率、减少维修和运行费用，改善了劳动生产条

件和工作环境，振动、噪音、室温明显下降，消除了漩涡；汽蚀性能的改善和抗腐蚀材料的使用使水泵抗汽蚀性能大幅度提高，有效地延长主机组和设备使用寿命和大修周期，减少运行维修费用，取得了巨大的社会效益和经济效益。

[参考文献]

[1] 朱华明，周诗海，中小型立式泵机组运行振动问题的探讨[J]．安徽农村水利,2001,(4)：5-8.

[2] SL317-2004，泵站安装与验收规范[S].

[3] GB50265-2010，泵站设计规范[S].

[4] JB/T8097-1999，泵的振动测量与评价方法[S].