浅谈中小型泵站立式机组增设检修闸门和出水管伸缩节的必要性

2012-07-28黄大圣张曙光

水利建设与管理 2012年12期

黄大圣张曙光

(湖南德江监理有限公司常德 415000)

1 前言

洞庭湖区大部分沿江排灌泵站兴建于1980年前，在这些泵站中，中小型泵站的装机容量占总量的65%以上，泵站水泵普遍选用20ZLB－70和28ZLB－70轴流泵，因受当时资金限制，绝大部分泵站未设计检修闸门，水泵出水弯管与压力水箱间也未设置伸缩节(泵站典型设计纵剖面图见下图)。由于设计缺陷，大部分泵站机组安装不得不采用整体吊装方法检修水泵，凡是采用此方法拆装维修过的水泵，泵站在运行中均暴露出许多普遍问题，其泵轴和橡胶轴承的磨损明显加剧，在额定工况下运行的振动超标，汛期因水泵故障或振动超标而被迫停运的机组明显增加，泵站运行的可靠性降低。有些泵站水泵二次安装时因厂房与压力水箱相对沉限差太大，水泵弯管与出水管无法连接，最后只能将压力水箱出水管周围二期混凝土凿除后调校就位。有些泵站水泵梁出现明显断裂缝。

立式机组泵站纵剖面图

20世纪90年代，国家曾安排以工贷赈资金对部分泵站设备进行了更新改造，当时改造的主要内容是更新设备，提高机组效率和自动控制水平。

近年来国家正加大水利基础设施建设的投入，泵站改造已纳入计划，但从过去已改造的中小泵站的情况看，仅有少部分增设了检修闸门，由此可见，水泵检修闸门和出水管伸缝节的设置还未引起设计人员和运行管理人员的重视。

2 中小型立式泵站机组在不同维修条件下的安装方法

2.1 水泵安装及维修调整的原因

a.泵站首次机组的安装。

b.更换橡胶轴承。水泵橡胶轴承因在水中与泵轴磨损，导致其间隙增大，是水泵部件中更换频度较高的易损件，其更换频度与水的含沙量、泵轴的光滑程度、机组的安装精度、机组负荷有关。

c.更换叶片。在正常运行情况下，叶片与水发生摩擦、叶片外缘与叶轮室间的间隙、汽蚀都将对叶片产生摩损，这种正常摩损速度较慢。当橡胶轴承未及时更换，或泵的安装精度不高时，叶片外缘可能与叶轮室内壁摩擦，加剧叶片的摩损。当水泵室进水条件不好或水泵淹没深度不够时，均容易产生汽蚀，在很多泵站中水泵叶片更换的主要原因是汽蚀破坏。对于上述两种情况造成的叶片损坏均可安排维修计划。但当水泵中吸入杂物，使叶片撞碎时，应安排抢修。

d.更换进水喇叭、导叶体。中小型水泵的叶轮室由导叶体和进水喇叭组成，而水泵摩损部位主要发生在叶轮室，主要摩损原因有机械摩损、水力磨损与汽蚀损坏。引起其磨损加剧的原因与叶片相同。

e.更换泵轴。泵轴的摩损主要发生在橡胶轴承的对应部位，产生的原因与橡胶轴承相同。

f.叶片角度的季节性调整。洞庭湖区大部分泵站是以排涝为主，其实际排水扬程受江河水位的影响，每年汛期与非汛期水位变幅较大，为尽可能使水泵运行在高效区，需调整水泵叶片角度，而中小型泵站立式机组水泵叶片角度大部分采用半调节方式。需拆下叶轮调整后重新安装。

g.厂房的不均匀沉降或土建缺陷。因洞庭湖区所有中小型泵站均建于软基之上，即使进行了基础处理，泵房也存在设计允许沉降范围，一般设计允许的土建不均匀沉降偏差均大于设备的安装精度。根据已建泵站的沉降调查资料，多数泵站的实测最大沉降量为10～25 cm，最大沉降差为5～10cm。而厂家说明书规定的［(350～1200)ZLB］立式机组水平度为0.04mm/m，泵体垂直同轴度的允许偏差为0.04 mm/m，机组盘车时泵轴与轴承颈处摆度不大于0.03 mm/m。因此，在泵站发生不均匀沉降后，设备的水平、垂直度将会超标，需重新安装调整。

h.设备的更新换代。由于河湖的淤塞，泵站的最大扬程增大，设备需要更新增容，同时由于科技的进步、新产品的开发，原有效率低的旧设备将被效率高的新设备替代。

i.水泵传动轴以上设备的更换与维修，因位于水上，与检修闸门无关，在此不作讨论。

2.2 机组首次安装的方法

立式泵站机组首次安装完成前，进水渠围堰还未拆除，进水室处于无水条件，泵座、电机座、基础螺栓与预留孔间还未灌浆，水泵出水管与厂房后墙及出水管与压力水箱均未浇筑二期混凝土，泵体、电机座在一定范围内处于无约束的自由状态。机组的安装顺序和方法如下:

a.泵体部件就位。首先把泵的进水喇叭吊入进水室内，再将泵体弯管和导叶体的组合件吊到水泵梁上就位，使其地脚螺栓孔与梁上的预留螺孔对准，垫上校正垫铁，检查弯管，使其符合出水方向后，穿上地脚栓，螺母不要拧紧。

b.上机座就位。将电机座吊到电机梁上，穿好地脚螺检，垫上校正垫铁，螺母不要拧紧。

c.初校水平。电机座以轴承座为校准面，泵体弯管以上橡胶轴承座面为校准面，用精度为0.02～0.05mm/m的框式水平仪将其放在基准面上，通过调整垫铁，使水泡居中。

d.对中找平。对中是使电机座轴孔、泵体弯管轴孔和下橡胶轴承轴孔(导叶体单独安装时)中心保持在同一铅垂线上，精确的调整方法是在电机座轴孔中心挂一条钢琴线使其通过泵体弯管和导叶体轴孔中心(导叶体单独安装时)，钢琴线下端系一重锤并放入油桶中，用内径千分尺测量(采用电测法)电机座处、弯管、导叶体轴孔4个方位的读数，根据读数调整电机座、弯管、导叶体的位置使其同心，在调整同心的同时应兼顾水平，通过反复调整使其满足同心度和水平度的要求，最后对称均衡地紧固地脚螺栓，在地脚螺栓紧固过程中仍应注意对中和校平。

e.泵轴安装。在地脚螺栓紧固后，在弯管、导叶体上分别装好上、下橡胶轴承，装上填料盒及压盖，将泵轴吊装插入橡胶轴承中。

f.传动轴安装、联轴和安装叶轮。先把滚动轴承和轴套压装到传动轴上，同时把轴承盖、传动轴上的圆螺螺帽、推力盘上的上钢圈等也统统装上。然后装上弹性联轴器。再将推力轴装入电机座的轴承体内，将传动轴吊装插入机座轴孔中，传动轴下端装上刚性联轴器，拧紧并帽螺母，用框式水平仪放在传动轴的弹性联轴器平面上复查水平，转动传动轴，观察水平尺气泡，在任何方向居中(一致)，说明传动轴已处于铅垂位置，连接传动轴与水泵轴，仍用上述方法让轴处于铅垂位置，用塞尺检查上、下橡胶轴承各方位间隙应均匀，用手转动轴时应感到比较轻快。然后再装上叶轮，用手盘叶轮并用塞尺检查叶片外缘与球形体内壁间隙应在设计允许范围内(20ZLB-70为0.45～0.67mm，28ZLB-70为0.65～0.955mm)，同时检查叶轮上平面和导叶体轮毂下平面之间的距离是否符合设计(厂家说明书)要求，在检查间隙时，仍应将框式水平尺放在传动轴的弹性联轴器平面上并使其泵轴保持铅锤状态。

g.基础灌浆。在泵体和电机上机座安装完毕，且同心度、水平度、垂直度、橡胶轴承和叶轮各方位间隙数据满足设计或规范要求，手动盘动联轴器转动灵活，无卡阻和时轻时重现象后，便可用水泥砂浆将地脚螺栓孔和底座触梁面的空隙全部填实，为了保证接触牢固，在填实前应进行清洗凿毛，对那些设备安装后无法凿毛的部位应在设备就位前凿毛。

h.吊装电动机。最后将电动机吊上电机座就位，装好弹性联轴器，拧紧机座螺栓。

i.安装出水管。连接出水弯管至压力水箱的出水管道。

j.浇筑二期混凝土。浇筑压力水箱与出水管连接的二期混凝土，浇筑厂房后墙与出水管二期混凝土。在二期混凝土浇筑前应凿毛一、二期混凝土的连接面，并在设计要求的刚性连接体(如出水管与压力水箱的连接)的管道上焊上锚筋，必要时根据设计要求增加节水环，确保出水管与混凝土的接合牢固，防止渗水。对于设计要求的柔性连接体(如出水管穿过厂房后墙)应将出水管周用沥清麻包裹一定厚度后浇筑二期混凝土，使厂房和压力水箱能在设计允许的范围内自由沉陷。

2.3 有检修闸门和伸缩节条件下立式水泵的维修与调整方法

有检修闸门的泵站水泵全部解体重装的方法是:ⓐ关闭检修闸门并将水泵室的水排干;ⓑ拆除进水喇叭;ⓒ拆下导水锥、叶轮，在叶轮拆下后方可更换或调整叶片角度;ⓓ松开电机脚螺栓，将电机吊离电机座;ⓔ松开电机座轴承盒螺栓和刚性连轴器螺栓，抽出传动轴和泵轴;ⓕ拆下水泵上、下橡胶轴承;ⓖ拆下导叶体;ⓗ更换损坏部件并重新安装调整，因有检修闸门，水泵进水室处于无水条件，加之水泵出水管上安装有伸缩节，机组水平、同心、轴线垂直度可在一定的范围内调整，故其安装方法与机组首次安装相同。

对建设年代早、泵房的沉降趋于稳定后重新安装校正过的机组，在水泵及电机座基础螺栓固定可靠的情况下，机组的维修调整不需全部解体，即使泵房发生轻微的不均匀沉降，机组水平或垂直度稍有变化，但机组的同心度没有变化，无需重新调整其水平度，这样更换水泵叶片、进水喇叭、导叶体、下导橡胶轴承和季节性调整水泵叶片角度无需抽出水泵轴便可完成。

2.4 无检修闸门条件下立式水泵的维修与调整方法

无检修闸门的泵站更换维修水泵的水下部件只能选择如下方案。

a.方案一。在泵站进水渠填筑临时拦水围堰。机组检修完成后需拆除围堰。围堰形成后机组的拆装与调整与有检修闸门条件下相同。这种方案不仅需耗用劳动力或机械台班来完成拦水围堰填筑和拆除，而且还增加了检修时间，在汛期暴雨后水泵故障需要抢修时，水泵进水渠水位高，围堰工程量大，对于多台机组的泵站抢筑围堰还影响其他机组抢排，在这种情况下可能放弃部分机组的抢修。对单台机组泵站必须采用这种方案组织抢修。无论是多台机组泵站还是单台机组泵站都将延误排水时间，延长作物的淹没时间，贻误排水时机。

b.方案二。水泵的整体吊装。此方案是利用泵站机组自身排水，将水位降至泵站水泵梁基础螺栓高程以下后，松开水泵地脚螺栓、出水管连接螺栓、刚性联轴器连接螺栓，将整台水泵吊出机坑，解体并更换损坏部件重新组装，然后将整台水泵吊入机坑就位。采用该方案安装机组，机组的水平及中心只能以水泵轴刚性联轴器为基准，该基准因受叶片间隙和橡胶导轴承间隙的影响，泵轴的中心与泵体上(弯管处)下(导叶座处)橡胶轴承孔中心很难保持一致，导致刚性联轴器的水平不能代表水泵水平或水泵上下轴孔连线在同一铅垂线上，电机座(传动轴)在刚性联轴器处的同心不能代表与泵体同心。故其安装精度难以保证，且该方案在暴雨后进水渠水位无法降至水泵基础螺栓高程时，不能实现水泵水下部件的抢修。

对于单台机组的独立泵站，水泵计划性维修均选在枯水少雨季节，常将方案一和方案二相结合。这样既可减少临时拦水围堰的工程量，也可降低排水费。

对于多台机组泵站，水泵计划性维修仍选在枯水少雨季节，先将整个排区水位降低，然后利用相邻机组排水所形成的水位落差采用方案二实现机组轮修，在相邻机组运行的条件下检修水泵必须要有相应的安全措施。

对多泵站组成的相互连通的排区，计划性维修时间统一安排，并结合沟渠清淤疏通、渠系建筑物的维修改造，可节约检修排水费用。

3 出水管伸缩节对泵站土建结构和机组安装的影响

由于泵站的泵房与压力水箱的开挖深度不同，泵房与压力水箱荷载的分布也不一样，属荷载的突变部位，一般情况下均设置沉降缝或为两个相互独立的建筑物，如连接水泵弯管与压力水箱的出水管不安装伸缩节，在泵房与压力水箱沉陷不一致时，对于出水管穿过泵房后墙处采用柔性材料封闭的泵站，不均匀沉陷的作用力将通过出水管与泵体产生很大的力矩作用于水泵梁和压力水箱，使水泵梁断裂(根据已发生的几处处泵站情况);对于泵房后墙与出水管采用刚性连接的泵站，将有一附加力和力矩作用于泵房后墙和压力水箱，相互约束自由沉陷，导致薄弱结构破坏。

当水泵检修需调整泵体水平或同心时，需松开泵体地脚螺栓和水泵弯管法兰螺栓，在水泵水平同心调整后，如先紧固水泵地脚螺栓，水泵出水弯管法兰与出水管法兰结合面无法保证其平行度，在法兰螺栓紧固时对水泵和水泵梁将产生附加弯矩。如先紧固与出水管连接的法兰螺栓，水泵的水平、中心则无法保证。

在立式轴流泵安装说明书中，有“出水管应另设支承，不得借泵本体支承”的明确规定，这就说明了泵体不得承受其他附加力的作用，解决这一问题的唯一办法是在出水弯管处设置伸缩节，并在泵房后墙侧出水管上设置可调节的支承，确保在泵房与压力水箱出现不均匀沉限时无附加力作用于泵体。

4 检修闸门及伸缩节的设置

检修闸门设置时除考虑计划性维修外，还应考虑暴雨时机组的抢修，对于多机组泵站，如机组水泵室相互隔开，可每台设一检修闸门槽，对于分组设置隔水墙的水泵室，可根据分组情况设置检修门槽，总之检修门槽的设置在结合原有泵站进水条件的情况下尽可能减少被检修机组对其他机组排水的影响。与此同时，在条件许可的情况下还应考虑检修排水系统，

水泵伸缩节宜设置在出水弯管与泵房后墙间，出水管过泵房后墙应采用柔性材料封闭，使泵房与压力水箱结构完全独立，水泵维修拆装方便。