关于开敞式双向轴流泵技术供水改造的思考

金棋武，尹 倩，张天山，宋炳峰

（1.浙江省水利水电工程质量与安全管理中心，浙江 杭州 310012；2.浙江江能建设有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江广川工程项目管理有限公司，浙江 杭州 310020；4.平阳县水利局，浙江 平阳 325400）

1 水泵水导轴承润滑机理

导轴承是影响机组可靠运行的关键部件，轴流泵中导轴承大多数采用水润滑的橡胶轴承或赛龙轴承等，轴承内表面开有数条轴向的槽道，使润滑水能进入轴承与主轴之间。水导轴承在水泵的导叶体中，运行时水流经过有一定压力的冷却水管流入轴承间隙，在轴承与轴颈之间发挥润滑作用和传递热量起到冷却作用。

开敞式双向轴流泵水流流态相对复杂，水泵上下导轴承一般长期在水面以下，冷却水进入轴承中难以回收，直接流入河道中。基于以上考虑，部分已建泵站的技术供水通常采用河道水，由过滤系统粗滤再精滤后进入轴承。

2 存在的问题

开敞式双向轴流泵适合水头小、流量低的泵站，此类泵站规模较小，水工建筑物结构简单，一般可节约工程造价的30%~40%，可有效减少投资，因此在浙江省地势平缓地区广泛应用。目前，浙江省已建的开敞式双向轴流泵站经过数年运行，存在以下常见问题：

（1）河道中泥砂杂质较多，尤其是外江涨潮期间，滤水器需要频繁手动拆洗以更换滤芯、滤网，并清除杂质。甚至经常出现滤水器罢工、管路堵塞导致技术供水过流流量达不到要求，使得机组开机时水导瓦温度偏高，严重时影响机组正常运行。

（2）大修期间发现主轴轴颈和轴承磨损较为严重，表面坑坑洼洼，且易出现上下水导间隙单边差较大，在机组运行过程中，振动、摆度、噪声、温度都会出现超标情况。

（3）一般大中型机组大修周期为3~5 a，每台大修时间为30~60 d，人力、物力消耗较大，技术供水原因导致大修周期变短，甚至缩短水泵使用寿命。

图1 滤水器内部泥砂堵塞图

图2 轴颈磨损间隙图 （0.75 mm，规范要求为0.2～0.3 mm）

3 技术改造措施

已建泵站改造需考虑各个系统成型的前提下，综合最优条件完成。因更改机组、水工建筑物、金属结构、配套的水网难度较大，故在改造前期，使用清水润滑的可能性成为关键。

从源头着手，方法一：继续自河道取水，站前、站后水质含泥砂量都偏大，在内外侧流道内增加过滤净化装置施工困难，取水口均在水面以下，需要增设临时围堰，施工周期长，泵站引排水任务将受到制约。方法二：若直接取自来水，需明确是否已申请市政自来水专线，且考虑市政管路水量与泵站实际需水量是否匹配，取水口如何连通至市政水网，更重要的是必须解决冷却水回收问题，节约水资源，减少能耗。

从过程着手，可以增加或改进过滤装置。增设净化池需考虑场地、管路连接等问题；对现有滤水器改造升级，需考虑成本以及成效；增设冷却塔、自来水水车或水箱循环使用，需要计算水量并安装冷却器。

3.1 市政自来水供水

泵站建造之初，可行性研究阶段已经申请市政供水并确定为单线供水时，技术供水改造需要研究市政预埋水管位置和管径，以及是否满足开机冷却水量要求。确定后，采取挖沟埋管方式与市政水管连接。

根据浙江省节约用水的有关要求，对开敞式泵站采用自来水供应需考虑节约用水，且冷却水循环回收利用率达到60%以上。所以轴承部分需要减少水量损失，在上下水导轴承处新增迷宫环或上下闷板，产生节流效应，增强密封性，减少出水量，同时，为了节约用水，可挖建蓄水池，电动机冷却水经冷却循环后可以直接将管路接回蓄水池，实现水循环利用。

由于上下水导都处于水面以下，即使安装了迷宫环，仍然会有大量水量流失，按照合理性考虑，可以在机组运行的时候，使用自来水润滑，开机后，停止自来水供应，切换至过滤后的河道水润滑。

3.2 净化池沉淀

在泵区内有足够空地的条件下，可考虑挖建净化池，方式一为层层自然沉降法，方式二为人工过滤法。方式一：先在较高的高程位置挖建一个蓄水池，从蓄水池一侧呈台阶状往下缓流，设置几阶台阶后，挖建一个蓄水池，满足上述步骤后，计算技术供水所需用水量，从清水池中取清水供技术供水。方式二：挖建蓄水池，池塘表面铺设格栅、土工布、石英砂、鹅卵石等过滤装置，待河道水过滤后，从池塘底部取清水供技术供水。

图3 层层自然沉降法示意图

图4 人工过滤法示意图

3.3 升级过滤系统

优先选用复合工业自清洗过滤器，升级过滤系统。采用“无砂混凝土管+无纺布+石英砂+无纺布”方式，用不同级配的石英砂，利用颗粒间空隙对水中的泥砂、固体物三维过滤，在去除泥砂等固体物前提下，还可以有效去除水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯及部分重金属离子等，达到降低水浊度、净化水质的效果。从取水口处开始设置这第一道过滤，再接入自动精滤滤水器，从滤水器排污口处单独接管路安装独立的反冲泵，定时反冲滤水器管道。为更好改善过滤性能，需要做到机械清淤、连续冲淤、定期自清洗，对清洗后管路、排污阀中的泥砂残留也要及时冲洗。

3.4 水箱联合冷却器

泵站顶部平台有空间的前提下，定制不锈钢水箱，用水箱储存清洁水，供应机组运行冷却水循环用量。计算出导轴承以及电动机冷却水每小时循环水量，再根据经验公式计算损失水量。

式中：Q为对流、蒸发、辐射掉的损失水量，m3/h；Qr为循环冷却水量，m3/h；Pe为损失水率；△t为水底的冷却器减少进出水的温差，℃；k为系数，l/℃。

上述公式是现代循环冷却水计算损失量经常采用的公式，在实际计算中，Qr是按照平均开机台数和时间、导轴承以及电动机冷却水每小时循环水量，计算一个周期需要总冷却水量。将Qr和Q相加得出总水量，制订不锈钢水箱。

水箱设计完成后，还需在水面以下安装尾水冷却器，并配置相应扬程的抽水泵，水箱内的水供技术供水冷却使用，回收至尾水冷却器中，利用河水带走热量后再抽入水箱，实现循环。尾水冷却器无需供电，实现河水自然冷却。

图5 水箱布置示意图

4 措施比较

技术供水改造时，需要根据泵站的实际情况，结合外界地理物质条件，改造预算以及泵站的引排水任务等选择适合的改造方式，不仅要考虑技术的先进性和可行性，也要考虑改造和运行的费用成本，性能可靠以及运维简单方便。对上述4种措施进行比较，得出：

（1）自来水供水举措适合在可行性研究阶段就联合市政水网布署相应供水管路的泵站，改造费用低，改造后减少轴承磨损，增加设备使用年限和运行效率。但自来水用量大，易造成水资源浪费以及增加运行成本。此方案适合机组运行时间较短且轴承密闭的排涝泵站。

（2）挖建净化池，方法简单，费用一次性投入，自循环使河道水变为清洁水，延长水泵大修周期，长远看来适合长期运行的引排水泵站改造。缺点是泵区内必须有足够场地可以完成2个蓄水池及配套设备的布设。

（3）升级过滤系统，升级后的冷却水系统技术先进，使过滤效果增强，提高效率；取代原有设备，不增加占用面积。缺点是改造费用较高，在运行过程中需要定期更换滤芯，增加了运行成本。需要提高运行管理要求，定期冲洗管路。

（4）增设水箱，使用的是定量自来水，既可满足水质清洁的要求也解决了水资源浪费的问题；费用一次性投入，运行方便。缺点是泵站需要合适的平台放置水箱，并安装水下冷却器，适合内河水位偏高、河道宽阔的泵站。

5 结 语

有双向功能的轴流泵站，流道的特殊构造导致机组运行时水流态复杂，对机组冷却水有较高的要求，随着水泵使用年限的增加，过滤系统效能降低，机组大修周期缩短，影响工程效益和运行安全。合理改造耗能较多的部位，技术供水系统改造在开敞式流道的水泵运行中起到积极作用，保障机组在设计使用年限内安全、稳定、高效的运行。因此，研究总结双向功能的轴流泵站技术供水改造措施很有意义。