田山泵站機(jī)組振動原因分析及水力整流措施

1、田山泵站機(jī)組振動原因分析及水力整流措施摘要:針對田山一級泵站機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)的間歇振動的實(shí)際情況,分析了機(jī)組產(chǎn)生振動的原因,提出了相應(yīng)的水力整流措施。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)表明,泵站前池運(yùn)用非連續(xù)挑流消能防沙技術(shù)措施整流后,前池和進(jìn)水池的流態(tài)得到了改善,機(jī)組振動減輕,水泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,泵站裝置效率得到了提高,為國內(nèi)同類泵站技術(shù)改造提供了經(jīng)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞:水泵機(jī)組;振動;水流流態(tài);水力整流 中圖分類號:TV131.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-1683(2010)03-0140-02 Analysis on the Cause of Unit Vibration in Tianshan Pump Stat

2、ion and Hydraulic Rectification Measures GAO Chuan-chang,CAO Yong-mei,LIU Xin-yang,LI Jun,WANG Yu-chuan (North China University of Water Conservancy and Hydropower,Zhengzhou 45001,China) Abstract: To solve intermittently vibration problems of pump unit running in Tianshan first-stage pump station,th

3、e causes of unit vibration were analyzed and the corresponding hydraulic rectification measures were presented.The field tests showed that after using the technical measure of discontinuous trajectory bucket type energy dissipation and sediment control, the flow pattern of forebay and suction sump w

4、ere improved, the unit vibration was reduced,the water pump unit running was steady and the pump station device efficiency increased.The research can provide experiences for the technical transformation of domestic similar pump stations. Key words: pump unit;vibration;flow pattern;hydraulic rectific

5、ation 0 引言 田山一級泵站位于山東省濟(jì)南市平陰縣城北4.5 km的黃河右岸田山腳下,是田山引黃灌區(qū)的唯一取水口,直接提取黃河水為整個灌區(qū)提供水源,共安裝軸流泵12臺,其中36ZLB-100型9臺(1983年更換),900ZLB2.4-4型3臺(2003年更換),設(shè)計提水流量30 m3/s,設(shè)計揚(yáng)程7.7 m,總裝機(jī)2 670 kW,水泵單機(jī)流量3 m3/s。 泵站于1971年建成以來,共進(jìn)行了兩次機(jī)組改造(1983年和2003年),泵站機(jī)組運(yùn)行以來,部分機(jī)組出現(xiàn)了間隙性振動現(xiàn)象,嚴(yán)重時強(qiáng)迫機(jī)組停止運(yùn)行。泵站進(jìn)水前池水流流態(tài)對泵站的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要,很多泵站運(yùn)行中出現(xiàn)效率不高、振動劇

6、烈、汽蝕嚴(yán)重等現(xiàn)象都與進(jìn)水流態(tài)有很大關(guān)系1-3。改善進(jìn)水前池水流流態(tài)的幾種整流措施,如在前池設(shè)置底坎、導(dǎo)流墩、立柱、壓水板等,已在工程中得到了廣泛應(yīng)用4-7。為保證泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高機(jī)組及泵站運(yùn)行效率,對田山一級泵站進(jìn)水前池的流態(tài)及機(jī)組振動原因進(jìn)行分析,并提出了解決方法,可供引黃泵站類似工程問題參考。 1 機(jī)組振動原因分析 根據(jù)田山一級泵站的實(shí)際運(yùn)行情況,選擇5號前池安裝的2臺900ZLB2.4-4型水泵作為研究對象,于2008年5月-6月進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)8-10?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究表明,機(jī)組振動的特點(diǎn)有3點(diǎn):機(jī)組振動與黃河水位有關(guān)。當(dāng)黃河水位較高時,需要壓閘控制前池水位,致使閘下射流直沖前池至泵

7、室,造成底流和表面流態(tài)惡化,引起運(yùn)行機(jī)組振動,嚴(yán)重時迫使機(jī)組停止運(yùn)行。機(jī)組振動與前池和進(jìn)水池水流流態(tài)有關(guān)聯(lián)。當(dāng)黃河水位較低時,閘門全部打開,前池和進(jìn)水池的水流流態(tài)紊亂,局部有回流和漩渦產(chǎn)生,機(jī)組振動的強(qiáng)度也較大;機(jī)組在黃河低水位運(yùn)行時,進(jìn)水池易產(chǎn)生泥沙淤積。機(jī)組振動的時間間隔是隨機(jī)的。當(dāng)機(jī)組在同一工況運(yùn)行時,振動有時發(fā)生,有時不發(fā)生,振動的時間和引起噪聲的大小也不同。 為了探明機(jī)組振動的原因,以便有針對性地采取措施,在水流流態(tài)、機(jī)組運(yùn)行和機(jī)組結(jié)構(gòu)與安裝等方面對振動原因進(jìn)行了分析11。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果和多方觀察,基本排除是機(jī)組結(jié)構(gòu)與安裝方面的原因。通過分析水流流態(tài)和機(jī)組運(yùn)行工況,認(rèn)為機(jī)組振動的主

8、要原因是閘門控制前池水位,壓閘形成的閘下射流直沖泵室和前池與進(jìn)水池水流流態(tài)紊亂,以及局部產(chǎn)生回流和漩渦引起的。由于田山一級泵站站址地形的限制,引水前池沒有達(dá)到設(shè)計長度,因此,黃河高水位時,壓閘形成的閘下射流直沖泵室;黃河低水位時,前池水流速度分布不均引起的回流和漩渦直接進(jìn)入進(jìn)水池,吸水喇叭口表面形成回流,有進(jìn)氣漏斗漩渦進(jìn)入吸水管,從而引起機(jī)組振動。 根據(jù)以上分析機(jī)組振動產(chǎn)生的原因,可以從兩個方面采取水力整流措施來消除機(jī)組的振動。一方面,在閘門后設(shè)置水力措施,消除壓閘形成的閘下射流直沖泵室,并將底部射流挑到表面,形成表面水躍漩滾消能;另一方面,對引水前池和進(jìn)水池水流流態(tài)進(jìn)行改善,消除水泵吸水管口

9、的漩渦,避免吸水管水流帶入空氣。 2 泵站前池水力整流措施和水流流態(tài) 針對田山一級泵站前池短和前池、進(jìn)水池水流運(yùn)行狀況的特點(diǎn),在閘門后設(shè)置非連續(xù)底坎和非連續(xù)挑流消能防沙墩,又在前池設(shè)置了兩道壓水板,如圖1所示。2009年4月在5號前池進(jìn)行了非連續(xù)挑流消能防沙技術(shù)措施(非連續(xù)底坎+非連續(xù)挑流消能墩+兩道壓水板)的施工,于2009年5月至6月進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,閘后設(shè)置的非連續(xù)底坎+挑流消能防沙墩交錯布置,閘底射流明顯縮短,底部流速減小,在閘門后形成了表面漩滾水躍,能量得到了消除,但表面流速仍較大;前池設(shè)置的第一道壓水板主要作用是消掉了挑流消能防沙墩后及上方前池表面能量,改善了前池和進(jìn)水

10、池表面流速和底部流速,但前池表面仍有回流,而前池設(shè)置的第二道壓水板,消除了表面回流,進(jìn)一步減小了前池和進(jìn)水池表面流速,其對進(jìn)水池底部流速影響不大,使前池的泥沙得到了有效防治,進(jìn)水池的流速分布更加均勻,保證了水流平穩(wěn)而均勻地進(jìn)入水泵吸水管。 圖1 前池整流施工示意圖 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 3.1 流態(tài)比較 整流前的前池過水?dāng)嗝媪魉僮兓容^大。尤其是表面和底部,流速均大于1 m/s,中間過水?dāng)嗝娉霈F(xiàn)漩渦較多,兩側(cè)產(chǎn)生回流,底部回流速度大于1 m/s,最大與最小流速差大于0.7 m/s,流向混亂,說明前池流速分布極不均勻。整流后的前池過水?dāng)嗝媪魉僮兓^小,最大流速小于0.5 m/s,漩渦和回流基本消除,

11、前池和進(jìn)水池流態(tài)穩(wěn)定均勻。圖2為某一工況整流前和整流后前池出水?dāng)嗝嫠髁鲬B(tài)的比較(圖中,H表示前池水深,線段長度代表該測點(diǎn)速度值大小,箭頭方向表示該測點(diǎn)流向,扇形表示該測點(diǎn)流向不穩(wěn),帶方向的圓圈表示該測點(diǎn)是漩渦,不帶方向的圓圈表示該測點(diǎn)流向穩(wěn)定)。 圖2 整流前后前池水流流態(tài)比較圖 3.2 機(jī)組振動比較 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,整流前機(jī)組的平均振幅大于50m,根據(jù)國際泵的振動測量與評價方法(JB/T8097-1999)分類12,振動烈度為C級標(biāo)準(zhǔn),或不合格D級標(biāo)準(zhǔn)。整流后的前池和進(jìn)水池流態(tài)得到極大的改善,機(jī)組顫振基本消除,振幅降低,均小于14 m,達(dá)到國際B級標(biāo)準(zhǔn)。 3.3 效率比較 水泵效率和裝置效率

12、均得到了提高。整流后實(shí)測表明,水泵效率平均提高4.5%,最大提高11.16%;泵站裝置效率平均提高3.26%,最大提高8.29%;水泵流量平均提高了0.09 m3/s,軸功率平均降低了8.53 kW。 4 結(jié)語 本文提出的非連續(xù)挑流消能防沙技術(shù)措施在多沙河流泵站改造中的應(yīng)用,經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)踐表明,閘下射流得到有效控制,前池和進(jìn)水池底部流速降低,基本無回流和漩渦產(chǎn)生,極大的改善了進(jìn)水池流速分布,水泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,機(jī)組顫振基本消除,振動噪聲減小,水泵效率和泵站裝置效率得到了提高,泵站運(yùn)行成本降低,經(jīng)濟(jì)效益明顯,為沿黃泵站的技術(shù)改造提供借鑒。 參考文獻(xiàn): 1 田家山.給排水泵站進(jìn)水流態(tài)紊亂的危害與對策J.河海大學(xué)學(xué)報,1988,16(2):10-19. 2 邱靜,黃東,黃本勝,等.某大型泵站機(jī)組振動原因分析及防振臨時工程措施J. 中國農(nóng)村水利水電,2004,(12):103-105. 3 丘傳忻.泵站M.北京:中國水利水電出版社,2004. 4 周濟(jì)人,劉超,湯方平,等.泵站復(fù)雜前池內(nèi)的流態(tài)改善研究J.江蘇農(nóng)學(xué)院學(xué)報,1998,19(4):93-96. 5 于永海,徐輝,程永光.泵站前池導(dǎo)流板整流措施數(shù)值模擬研究J.水利水電技術(shù),2006,37(10):41-43. 6 麥永華.整流墩在旗嶺泵站進(jìn)水前池流態(tài)改善中的應(yīng)用J.中國農(nóng)村水利水電