潜污泵抬机成因分析及解决措施

□付　川

潜污泵抬机成因分析及解决措施

□付川

本文对成都市龙泉驿区鸡头河污水泵送工程中发生的抬机成因进行分析，并提出合理的处理措施，供工程中解决类似问题作参考。

1　工程概况

本工程位于成都市龙泉驿区十陵街道办鸡头河污水处理厂，主要是将鸡头河污水抽取输送至污水处理厂进行处理，满足日益增加的污水处理需求。工程于2015年10月3日开工，2015年10月29日完工并试水成功。泵站安装两台中型系列潜污泵，一用一备，潜污泵型号为WQ600-30-90，流量600 m3/h，扬程30 m，功率90 kW，转速1 470 r/min，比转数约170，自重1.25 t；分左（1#）右（2#）两侧安装；进水口和出水口成90°夹角；其安装方式为自耦合安装，如图1所示。

图1　水泵安装示意图

2　本工程出现的问题

经过一段时间的试用，2#水泵发生了偏离，1#水泵出现了漏水的情况。抽干积水检查，发现2#水泵耦合处已经斜扣，顶部向右倾斜；1#水泵胶垫明显损坏，已被冲出。

最初认为是安装时安装精度不够导致的，但查看文字和图片记录后发现，安装偏差在规范要求以内，并在试运行初期一切正常。这说明是其他原因造成的。由于是运行一段时间后出现问题的，所以形成的后果可能是累积形成的，对此，我们进一步分析了原因。

3　本工程问题原因分析

3.1安装精度和水泵振动因素分析

最初分析可能是因水泵安装精度不足，加上自身振动导致偏差逐步变大造成的。针对该可能原因，笔者查阅了当时的安装记录，发现安装符合要求，在重新安装校正后，对水泵进行短时间的空转，发现水泵运行稳定，振动并不明显，从受力上该振动也不足以将水泵抬起并斜扣。

3.2潜污泵开启时水的搅动因素分析

为保护控制柜，启动时电流不能长时间过大，通常情况下按操作规范，应在阀门关闭情况下启动潜污泵，并逐步开启阀门。在逐步开启过程中，潜污泵的叶轮可能在水中产生搅动，且进水池较小（4 m×3 m×3.5 m），加之水泵自身的振动以及浮力的作用，可能产生该问题。于是，在潜污泵淹没的状况下进行了抽水，通过观察水泵顶部吊耳，发现泵正常运行和空转时的振幅区别不大。但是，在关停水泵瞬间，发现水泵短促的异动较为明显，很可能是造成偏离漏水的主要原因。

3.3发生类似水轮机抬机现象

借鉴水轮机抬机现象形成的原因，最初认为不可能发生抬机现象。水轮机抬机形成的一种原因是轴流泵叶轮反转产生类似螺旋桨的作用形成抬机，本工程所使用的泵为离心泵，叶轮结构不同于轴流泵的叶轮结构，即使反转也不会产生类似螺旋桨的推进作用。另一种原因是水轮机关停后的反击水锤形成的抬机，本工程的潜污泵也没有水轮机尾水管结构。由于未设计安装排气阀，确实可能会在止回阀和水泵间形成一段真空，但不会在潜污泵底部形成真空导致反击水锤造成抬机。

经过反复的试验，确实发生了类似但又不同于水轮机抬机的现象。该泵抬机现象形成原因可能较为简单，主要为关机后带势能的水瞬间倒流产生冲击荷载形成突然瞬时向下的轴向反冲力。虽然该潜污泵自重1.25 t，但因其体积不小，在浮力的作用下重量减轻了，使得潜污泵可能瞬间被抬动。回流的水又在水池中搅动产生了乱流，而抬机效应和浮力减少了耦合装置接口处的摩擦力，从而减小了对横向力的抗拒，于是泵发生了偏离，从而累积造成了更大的危害。

为进一步分析，笔者进行了简单的数据计算。水泵泵体高约1.8 m，直径约0.8 m，体积约0.9 m3，将污水比重简化为1 t/m3，潜污泵全部没入水中产生的浮力可抵消的重量约为0.90 t，即潜污泵全部没入水中的重量约为0.35 t。止回阀到水泵间的管线长度为9 m。DN300的管径中有约0.64 m3的污水，即有0.64 t的污水。

通过数据可以简单看出，若该0.64 m3的污水在自然或工作压力0.3 MPa下回流，不足以将水泵抬起，但是由于突然关停产生水锤冲击载荷从而形成反冲力也不是没有可能的。从现场产生明显异动的情况看，虽然不足以将水泵一次抬起一定高度，但是对原来的安装起到了破坏作用，使耦合处出现松动和偏差，长期这样使用可能累积造成本工程出现的问题，通过现场试验，基本确定为该原因。水锤冲击荷载到底多大，需要经过测量和复杂计算才能得出，由于条件有限不能具体求证。

3.4分析主要因素

1）启动控制器未设置为软启软停。由于未设置软启动，关停水泵时会产生突然回水现象，形成水锤冲击载荷，这是形成问题的主要因素之一。

2）连接方式为自动耦合方式。相对于法兰连接，本工程采用靠自身重力的方法进行耦合密封，外力的作用具有天然的不稳定性。

3）止回阀和水泵间距大、水锤大。止回阀和水泵间距越大，储水越多，反冲动能越大，水回流越久，进水池内的乱流越持久，造成水锤冲击载荷越大。

4）进水池设计尺寸相对所用水泵较小。4 m×3 m×3.5 m的进水池对于现在新增的直径约为0.8 m的大型潜污泵来说较小，水回流后产生的乱流通过池壁很快反馈到潜污泵上。

4　问题处理措施

通过原因分析，可以将控制柜设置为软启软停；将耦合装置进行固定处理；尽量减小止回阀和水泵间距；扩大进水池尺寸；及时使用除渣机除去污水中大径颗粒物。其中，将控制柜设置为软启软停，是最有效和最经济的解决手段；减小止回阀和水泵间距，扩大进水池尺寸并非是主要因素，且容易受现场场地限制无法实施；作为辅助措施，及时使用除渣机除去污水中大径颗粒物是很有必要的；考虑到突然停电的情况，将耦合装置进行固定处理也是必须的。

针对本工程具体情况，笔者团队在重新校正安装后，将控制柜设置为软启软停，将耦合装置进行固定处理。同时，建议管理运行单位及时使用除渣机除去污水中大径颗粒物，并严格按照水泵操作规程进行抽水工作。