田山泵站机组振动原因分析及水力整流措施

1、田山泵站机组振动原因分析及水力整流措施摘要:针对田山一级泵站机组运行出现的间歇振动的实际情况,分析了机组产生振动的原因,提出了相应的水力整流措施。通过现场实验表明,泵站前池运用非连续挑流消能防沙技术措施整流后,前池和进水池的流态得到了改善,机组振动减轻,水泵机组运行稳定,泵站装置效率得到了提高,为国内同类泵站技术改造提供了经验。 关键词:水泵机组;振动;水流流态;水力整流 中图分类号:TV131.3文献标识码:A文章编号: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 田山一级泵站位于山东省济南市平阴县城北4.5 km的黄河右岸田山脚下,是田山引黄灌区的唯一取水口,直接提取黄河水为整个灌区提供水源,共安装轴流泵12台,其中36ZLB-100型9台(1983年更换),900ZLB2.4-4型3台(2003年更换),设计提水流量30 m3/s,设计扬程7.7 m,总装机2 670 kW,水泵单机流量3 m3/s。 泵站于1971年建成以来,共进行了两次机组改造(1983年和2003年),泵站机组运行以来,部分机组出现了间隙性振动现象,严重时强迫机组停止运行。泵站进水前池水流流态对泵站的安全可靠运行至关重要,很多泵站运行中出现效率不高、振动剧

6、烈、汽蚀严重等现象都与进水流态有很大关系1-3。改善进水前池水流流态的几种整流措施,如在前池设置底坎、导流墩、立柱、压水板等,已在工程中得到了广泛应用4-7。为保证泵站安全稳定运行,提高机组及泵站运行效率,对田山一级泵站进水前池的流态及机组振动原因进行分析,并提出了解决方法,可供引黄泵站类似工程问题参考。 1 机组振动原因分析 根据田山一级泵站的实际运行情况,选择5号前池安装的2台900ZLB2.4-4型水泵作为研究对象,于2008年5月-6月进行了现场试验8-10。现场实验研究表明,机组振动的特点有3点:机组振动与黄河水位有关。当黄河水位较高时,需要压闸控制前池水位,致使闸下射流直冲前池至泵

7、室,造成底流和表面流态恶化,引起运行机组振动,严重时迫使机组停止运行。机组振动与前池和进水池水流流态有关联。当黄河水位较低时,闸门全部打开,前池和进水池的水流流态紊乱,局部有回流和漩涡产生,机组振动的强度也较大;机组在黄河低水位运行时,进水池易产生泥沙淤积。机组振动的时间间隔是随机的。当机组在同一工况运行时,振动有时发生,有时不发生,振动的时间和引起噪声的大小也不同。 为了探明机组振动的原因,以便有针对性地采取措施,在水流流态、机组运行和机组结构与安装等方面对振动原因进行了分析11。根据现场实验结果和多方观察,基本排除是机组结构与安装方面的原因。通过分析水流流态和机组运行工况,认为机组振动的主

8、要原因是闸门控制前池水位,压闸形成的闸下射流直冲泵室和前池与进水池水流流态紊乱,以及局部产生回流和漩涡引起的。由于田山一级泵站站址地形的限制,引水前池没有达到设计长度,因此,黄河高水位时,压闸形成的闸下射流直冲泵室;黄河低水位时,前池水流速度分布不均引起的回流和漩涡直接进入进水池,吸水喇叭口表面形成回流,有进气漏斗漩涡进入吸水管,从而引起机组振动。 根据以上分析机组振动产生的原因,可以从两个方面采取水力整流措施来消除机组的振动。一方面,在闸门后设置水力措施,消除压闸形成的闸下射流直冲泵室,并将底部射流挑到表面,形成表面水跃漩滚消能;另一方面,对引水前池和进水池水流流态进行改善,消除水泵吸水管口

9、的漩涡,避免吸水管水流带入空气。 2 泵站前池水力整流措施和水流流态 针对田山一级泵站前池短和前池、进水池水流运行状况的特点,在闸门后设置非连续底坎和非连续挑流消能防沙墩,又在前池设置了两道压水板,如图1所示。2009年4月在5号前池进行了非连续挑流消能防沙技术措施(非连续底坎+非连续挑流消能墩+两道压水板)的施工,于2009年5月至6月进行了现场实验。实验结果表明,闸后设置的非连续底坎+挑流消能防沙墩交错布置,闸底射流明显缩短,底部流速减小,在闸门后形成了表面漩滚水跃,能量得到了消除,但表面流速仍较大;前池设置的第一道压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,改善了前池和进水

10、池表面流速和底部流速,但前池表面仍有回流,而前池设置的第二道压水板,消除了表面回流,进一步减小了前池和进水池表面流速,其对进水池底部流速影响不大,使前池的泥沙得到了有效防治,进水池的流速分布更加均匀,保证了水流平稳而均匀地进入水泵吸水管。 图1 前池整流施工示意图 3 实验结果比较 3.1 流态比较 整流前的前池过水断面流速变化比较大。尤其是表面和底部,流速均大于1 m/s,中间过水断面出现漩涡较多,两侧产生回流,底部回流速度大于1 m/s,最大与最小流速差大于0.7 m/s,流向混乱,说明前池流速分布极不均匀。整流后的前池过水断面流速变化较小,最大流速小于0.5 m/s,漩涡和回流基本消除,

11、前池和进水池流态稳定均匀。图2为某一工况整流前和整流后前池出水断面水流流态的比较(图中,H表示前池水深,线段长度代表该测点速度值大小,箭头方向表示该测点流向,扇形表示该测点流向不稳,带方向的圆圈表示该测点是漩涡,不带方向的圆圈表示该测点流向稳定)。 图2 整流前后前池水流流态比较图 3.2 机组振动比较 实验结果表明,整流前机组的平均振幅大于50m,根据国际泵的振动测量与评价方法(JB/T8097-1999)分类12,振动烈度为C级标准,或不合格D级标准。整流后的前池和进水池流态得到极大的改善,机组颤振基本消除,振幅降低,均小于14 m,达到国际B级标准。 3.3 效率比较 水泵效率和装置效率

12、均得到了提高。整流后实测表明,水泵效率平均提高4.5%,最大提高11.16%;泵站装置效率平均提高3.26%,最大提高8.29%;水泵流量平均提高了0.09 m3/s,轴功率平均降低了8.53 kW。 4 结语 本文提出的非连续挑流消能防沙技术措施在多沙河流泵站改造中的应用,经现场实验和运行实践表明,闸下射流得到有效控制,前池和进水池底部流速降低,基本无回流和漩涡产生,极大的改善了进水池流速分布,水泵机组运行稳定,机组颤振基本消除,振动噪声减小,水泵效率和泵站装置效率得到了提高,泵站运行成本降低,经济效益明显,为沿黄泵站的技术改造提供借鉴。 参考文献: 1 田家山.给排水泵站进水流态紊乱的危害与对策J.河海大学学报,1988,16(2):10-19. 2 邱静,黄东,黄本胜,等.某大型泵站机组振动原因分析及防振临时工程措施J. 中国农村水利水电,2004,(12):103-105. 3 丘传忻.泵站M.北京:中国水利水电出版社,2004. 4 周济人,刘超,汤方平,等.泵站复杂前池内的流态改善研究J.江苏农学院学报,1998,19(4):93-96. 5 于永海,徐辉,程永光.泵站前池导流板整流措施数值模拟研究J.水利水电技术,2006,37(10):41-43. 6 麦永华.整流墩在旗岭泵站进水前池流态改善中的应用J.中国农村水利水电