引黄泵站运行中的问题及对策

舒立华，王肖肖，刘洋洋，王兴英，曹金波

（1.山东省调水工程运行维护中心博兴管理站，山东 博兴 256500；2.山东省博兴县城乡水务局，山东 博兴 256500）

本文以打渔张泵站枢纽工程为实例，探讨了引黄泵站进水流道、泥沙护管、技术供水等一系列改进措施，有效地减缓了引黄泵站运行中水泵的磨损，保证了水泵机组安全运行。

1 工程概况

打渔张泵站是胶东地区调水工程的首级泵站，泵站枢纽工程等别为Ⅰ等，泵站建筑物级别为1 级。泵站设计流量36.00 m3/s，校核流量39.6 m3/s，安装5 台1700ZLQ-6 立式轴流泵，配套5 台900 kW 同步电机，总装机容量4 500 kW，机组4 用1 备。站前（前池）设计水位10.35 m，校核水位10.80 m，设计扬程3.02～6.42 m。

2020年4月10日，打渔张泵站全负荷投入运行，引黄河水能力从20 m3/s 提高到39.6 m3/s。打渔张泵站建设标准化、自动化程度高，它的投入运行，标志着打渔张泵站引水工程已迈向现代化、智能化水利工程管理模式，最大限度缓解了胶东四市水资源短缺状况，强力助推了胶东地区的经济高质发展，是优化山东省水资源整体配置的重大战略性基础设施。

2 黄河泥沙对泵站影响分析及对策

2.1 黄河泥沙对引黄泵站的影响

打渔张泵站自黄河取水，黄河是世界上含沙量最大的河流，年均含沙量达 37.7 kg/m3，黄河水含沙量高是造成泵站前池泥沙淤积的最根本原因。特别是机组运行初期正值黄河汛期，是一年中黄河水含沙量最高的季节，由于引水流量较设计工况小，达不到设计运用工况，水流在进水池扩散，导致进水池内水流流速过缓，流速低于泥沙不淤积流速，易产生泥沙淤积，造成前池进水池泥沙淤积严重，据测量流道淤积深度最大值达 3.48 m，致使进水流道全部淤满。加之该泵站前池进水池未设隔墩，5 台水泵共享一个前池。部分机组运行时，待运行机组进水池位置产生大量泥沙淤积，相当于底板抬高，使机组运行启动困难。进水池的泥沙淤积改变了进水池的水力条件，甚至在进水池中产生旋涡使水泵进气，引起汽蚀、振动，造成泵轴和水导轴承磨损。

通过打渔张泵站现场调研、查阅资料、现场检测和设备返厂检测核查，经综合分析认为，以下几种情形导致的机组摆动幅度增大是泵轴磨损的主要原因：①水泵进水喇叭口底部泥沙淤积致使进口水深减小甚至堵塞，进水流态发生变化，机组启动瞬间动负荷较大，启动困难；②全调节叶片调节不同步、叶片受树根等杂物缠绕影响，导致水泵叶轮的平衡受到破坏，摆动幅度增大；③运行期间供水任务重、调水不能间断，未能及时对机组进行检修检查；④进入导轴承的泥沙加速了泵轴磨损。

2.2 引黄泵站防泥沙的对策

2.2.1 水泵全流道进行模型试验

2021 年 6 月，扬州大学电气与能源动力工程学院对引黄济青工程打渔张泵站前池泥沙淤积工程处理方案进行了模型试验，2021 年 7 月，扬州大学电气与能源动力工程学院完成了《引黄济青工程打渔张泵站水力物理模型实验研究报告》（2021 年 7月），报告主要结论如下：

（1）特征断面流速断面分布测试

1）一台机组运行时配水渠水流平顺，无漩涡和强回流区，流态较好；在设计水位和校核水位下，配水渠向中间一台机组配水均匀；水面流态平顺，无强漩涡和回流区。

2）两台机组运行时，水流在坡降扩散段的外侧形成了局部的低速脱流区，2-2 断面至 4-4 断面流速分布不如一台机组运行时均匀；进水流道进口处（断面1-1）流速分布较均匀，未明显受漩涡影响。

3）由于设计水位与校核水位水位差较小，在两个水位下测得流速分布规律与现象基本一致；3 个流量工况（设计流量Q=102.4 5m3/h、1.2Q、0.8Q）下开启一台机组的流速分布规律与现象基本一致，两台机组大流量运行时，在坡降扩散段的外侧形成的低速脱流区比小流量更大。

（2）泥沙沉降实验研究

1）试验结果表明，泥沙的起动现象是具有随机性的动态过程，起动初期底板产生小附底涡卷起泥沙，随着流速增加，水流开始间歇性冲刷并带走泥沙；当流速很大时，底部产生回流，将泥沙朝反方向冲起，此时水流开始变浑浊，泥沙几乎全被裹挟冲走。

2）不同工况和开机组合的泥沙起动试验表明，打渔张泵站泥沙起动的水流平均流速约为15 cm/s。

依据以上模型试验结论，打渔张泵站前池及进水池增设隔墩后，水流平顺，无明显不良流态；根据模型试验结果可知，泥沙起动流速为0.15 m/s,增设隔墩后，流道内水流流速均大于0.15 m/s，有利于减少泥沙淤积。

2.2.2 前池增设隔墩，增加进水道

GB50265-2010《泵站设计规范》中7.2.3 规定：多泥沙河流上的泵站前池应设隔墩分为多条进水道。泵站前池新增2 道隔墩，共分为3 条进水道，边机组2 台泵一条进水道，中间机组1 台泵一条进水道，具体布置详见图1。进水道型式采用U 型槽，U型槽顶部设联系梁，隔墩首端与泵站进口闸中墩衔接，末端与泵站工作桥中墩衔接。改造清污闸，配备2 台带消防水枪的增压泵，用于机组开机运行前的冲沙清淤等，有效解决了黄河泥沙淤积问题。

图1 前池隔墩及进水道平面布置图

2.2.3 增设机组主轴护套，有效减少泥沙进入泵轴，减缓磨损

由于黄河水含沙量大，泵轴完全暴露于水中，水中泥沙进入水导轴承，一定粒径、硬度的泥沙通过水泵时，产生冲刷磨蚀力，导致金属表面微细颗粒层层磨剥而引起表面破坏，增加了泵轴与轴承的磨损。高速含沙水流在金属凹凸不平的表面形成旋涡和折曲，沙粒对表面形成反复冲击使壁面破坏。因此在泵站抽送黄河水，水泵应配备主轴护套，以将导轴承与水体隔离，确保叶片转轴的可靠性，以减缓磨损。

2.2.4 加强含沙量、淤积情况监测

目前泥沙对泵站的危害仍然存在，应对水流含沙量和淤积情况进行监测，以便在管理上采取保护水泵和改善流态的措施。在泵站实际运行过程中，运行管理单位对进水含沙量进行检测，还应对进水池内泥沙淤积部位和高度进行监测，并及时对出水水流的含沙量、渠道输沙量和淤积情况进行测量分析。

2.2.5 加强巡查，发现机组异常及时处理

机组拆解过程中发现树根等杂物卡在叶片转轴处，水泵叶片缠有杂物，会造成叶片角度不对称、叶轮部件不平衡，引起水泵振动，出现电动机超负荷现象；同时，全调节叶片调节不同步导致转轮运行中不平衡，产生振动，摆动加大。加密拦污栅，及时巡查，发现异常时，停机处理水泵叶轮杂物缠绕，确保平稳运行。

2.2.6 完善技术供水系统

按设计文件说明要求，水泵导轴承润滑用水、电机冷却用水单机耗水量为9.6 m3/s，水压为0.15 MPa。现有导轴承、电机冷却技术供水管路只有压力监测设施，增设电子流量阀，对技术供水的水量进行实时监测，确保技术供水的水量。

2.2.7 加强沉降位移观测

打渔张泵站为新建泵站，每月对沉降位移观测一次，做好记录，以便在泵站维修中提供可靠参数。

2.2.8 增加水泵轴强度

为加强泵轴耐磨，1700ZLQ9-6 型轴流泵原轴45 锻钢更换为40 铬，强度提高15%～20%。

3 结束语

由于本泵站运行受含沙量大的黄河水影响，为减少流道淤积和泵轴的磨损，不能采用常规运行方法，为此经多方探讨、研究，确定了行之有效的运行方案，运行效果良好，达到了预期目的，从而保证了工程整体目标的顺利实现。