宋庄龙华供水 宋庄泵站技术供水系统压力过低原因分析及改造措施
摘要：本文从宋庄泵站技术供水系统中遇到压力过低的问题,从多方面进行了分析,并提出了切实可行的解决方案,取得了很好的效果。 关键词：技术供水 水力损失 PPR管
1、概况
宋庄泵站是山东省引黄济青工程首级泵站,位于山东省寿光市王高镇宋庄村西北,一九八七年动工,一九八九年建成通水。该工程由江苏水利设计院设计,山东省水利工程总局承建,其中机电部分由江苏省水利机电安装处安装。泵站设计为堤身式结构,肘型进水流道,虹吸式出水流道,真空破坏阀断流。厂房分主、付厂房,出水室三部分。主厂房自上而下分别为电机层、联轴层、水泵层、流道层。泵站设计扬程9.37米,设计流量35立米/秒。采用天津发电设备厂12CJS-100轴流泵七台,配套TL720-16/1730同步电动机,采用立式结构。另有两台26HB-40卧式混流泵为调节机组,采用卧式结构。
为了缓解胶东供水的用水紧张局面,促进胶东地区的工农业的发展,山东省胶东调水工程也于2003年动工。宋庄泵站是胶东调水工程的首级泵站,由于机组老化、厂房不均匀沉降等多方面原因的影响,宋庄泵站的过水能力严重不足。作为山东省胶东调水工程的配套工程,2001和2005年宋庄泵站进行了增容改造,宋庄泵站7台主水泵中有5台换为无锡泵业有限公司生产的1400HD-9型混流泵,增容改造完成后,宋庄泵站的过水能力得到很大提高。
泵站技术供水系统主要供给七台立式机组上油缸冷却用水、水导橡胶轴瓦和填料函的润滑用水。由于黄河水不能满足机组技术供水对水质的要求,宋庄泵站技术供水从后池引水,经净水器、清水池二级处理后使用,主要供水设施和路径为:后池引水口－蓄水池 －一级供水（IS80-60-125型离心泵2台）－净水器（2台）－清水池－二级供水（IS100-80-160型离心泵2台,其中一台备用）－供水母管－各供水支管－机组冷却、润滑。
2、问题出现及原因分析
2.1 问题出现
(1)机组供水压力严重不足,特别是2005年泵站主水泵增容改造以来,新更换的无锡泵业有限公司的1400HD-9型立式混流泵橡胶轴瓦增多,在水导轴颈和填料函轴颈处共设两处（原装设天津发电设备厂的12CJS-100型立式轴流泵7台,该泵仅在水导轴颈处设橡胶轴瓦一处）,当七台机组供水分管电磁阀全部打开时,供水泵出口压力仅0.34MPa,联轴层处供水压力仅为0.14 MPa,低于联轴层处供水压力0.15-0.20 MPa的标准要求。七台电机上油缸温度与改造前同期相比高出许多,超过450C,如果这样在夏季运行时,因环境温度可能有300C -400C,那么上油缸温度有可能超过600C,机组将不能正常运行。
(2)在2005年冬季运行期间,1#、2#电机冷却水出水管口冻住,不能排除冷却水。
2.2 原因分析
(1)由于泵站增容改造后,在填料函处增加了一处橡胶轴瓦,致使供水母管流量增大,引起供水泵工作点发生变化,压力降低,水泵出口压力仅0.34MPa,供水泵参数见表1。
(2)原供水母管线路过长,且管路多为铸铁管,经过泵站十几年的运行,老化锈蚀严重,增加了水力损失,致使在联轴层处压力仅为0.14MPa。
(3)由于在机组联轴层处压力偏低,冷却水出水管路流量偏小,水流在管路中流速偏低,遇上冬季夜间气温偏低时,便冻住出水管路。
(4)原泵站设计时,为了考虑冷却器压力过高时,损坏冷却器,对填料函处和水导橡胶轴瓦处分水管路选得过大,当泵站机组未增容改造前,这个问题未显露出来,增容改造完成后,这个问题尤为突出。
3、技术供水系统改造措施
(1)尽量缩短系统供水母管长度,根据沿程水力损失计算公式可知,供水管路越长水力损失越大。原泵站设计安装时,供水管路过长,所以尽量减少水力损失。
(2)将所有技术供水管路更换为PPR管,原供水系统采用铸铁管,易锈蚀,使用寿命短,阻力系数大。PPR管是一种以无规共聚聚丙烯为原料,通过专有技术和工艺一次加工成型的“健康环保”型给水管材和管件。PPR管具有如下优点:重量轻、耐腐蚀、不结垢、强度高,比重仅为金属管的八分之一,使用寿命长,管道系统正常使用寿命50年。产品高柔韧度,不怕严寒气温,可接受很大的膨胀,产品外壁光滑,流水阻力小,色彩柔和,造型美观。采用同质热熔连接,数秒即可完成一个接头连接,永无渗漏,安装方便可靠。
(3)更改原泵站技术供水系统设计时的考虑不周,把到水导橡胶轴瓦和填料函处的供水分管管径减小,以便减小流量,改变供水泵工作点,提高供水泵出口压力。当然,应满足水导橡胶轴瓦和填料处的润滑水量,水导橡胶轴瓦和填料处的润滑水量计算如下。
橡胶轴瓦在正常转速下所需的润滑水量可由下式计算
qsh=9.8BlDpu3/2/ρcΔt
qsh:橡胶轴瓦润滑水量,L/S;
Dp:橡胶轴承内径,cm;
B:系数,与主轴的圆周速度有关,见图1,一般取0.18左右;
u:主轴的圆周速度,m/s;
Δt:润滑水温升,Δt=（3～5）oC;
ρ:水的密度,kg/L;
c:水的比热容,J/（kg.K）;
l:轴瓦高度,cm,轴瓦常见尺寸如表2所示;
宋庄泵站的电机转速n=375转/分,水泵轴轴径 D=230mm,所以u=375×0.23/60≈1.43m/s,所以B=0.22,润滑水温升Δt取3℃,水的密度ρ为1kg/L;水的比热容c为1000J/（kg.K）。
qsh=9.8BlDpu3/2/ρcΔt=9.8×0.22×20×24×1.433/2/1×1000×3≈0.5
所以每个橡胶轴瓦的需水量为0.5L/S。
4、改造过程
(1)PPR管在国内牌子比较多,经过多家考察比较和实际走访,我站选用的沈阳金德公司生产的PPR管原材料都是从北欧进口,具有很好的质量和口碑。宋庄泵站技术供水母管都是160的管,施工现场情况比较复杂,沈阳金德公司有着丰富的实际工作经验和先进的施工设备,所以最后选定使用沈阳金德公司生产的PPR管。
(2)在泵站技术供水管路改造过程中,严格按照不同管径的热熔和冷却时间要求,控制PPR管热熔和冷却时间,不放过每一个热熔头。把关发兰安装,发兰是最容易漏水的地方,安装发兰时,先将橡胶垫放好,然后将发兰螺栓均匀拧紧。安装完工工程试压时,技术供水管路无一处渗漏,一次成功。
5、结语
通过对宋庄泵站碰到的技术供水系统压力低问题,科学的分析了原因,并进行了技术供水系统管路的改造,解决了技术供水压力低问题,提高了泵站机组运行的可靠性和稳定性,满足了机组技术供水的要求。实际验证,在2006-2011年的冬季送水中,技术供水系统从各方面都禁受住了考验,这次改造也为类似工程提供了相关经验。