长沟泵站机组系统供水改造方案设计

董传强，姚辉勇

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250014）

南水北调东线一期工程长沟泵站设计流量100 m3/s，单机流量为33.5 m3/s，设计净扬程3.86 m，装设4台3150ZLQ33.5-3.86型立式轴流泵，其中一台备用，水泵配套同步电机2 240 kW，额定转速125 r/min,电机电压10 kV，总装机容量8 960 kW。长沟泵站水泵机组技术供水水源取自前池，对电机上油缸、下油缸冷却系统和填料函润滑系统同时供水。在运行期间，水中泥沙和浮生物会随着供水泵及管道进入机组冷却盘管内，开机时间稍长就会导致机组冷却盘管内泥沙淤积和浮生物繁殖，致使冷却水循环不畅，供水压力下降，不能满足水泵机组安全运行要求。

1　机组系统供水改造方案选择

1.1　机组冷却方式选择

1）设水池带冷却塔散热的开放式系统。指循环水经过电机散热盘管后，温度升高，再经过冷却塔风机冷却降温，流进水池循环。此种方式经过加温后的水经冷却塔降温后很难达到设备冷却要求，降温过程中水量损失多；在夏天水池内易产生青苔和各种微生物，进入冷却盘管后同样影响水泵机组安全运行。

2）技术供水泵改在积水廊道内，由于积水廊道处在泵站最底层，必须选择大功率、扬程高的水泵。回水如果也排入积水廊道内，固定的水量经过电机散热盘管循环，水温不断升高就达不到冷却效果；回水如果直接排入河道，则需要不断地向积水廊道内补水；此类方法和在前池取水效果一样。

3）采用循环纯净水和冷却机组冷却供水。循环纯净水经过电机散热盘管后温度升高，再经过冷却机组冷却降温后重新进行循环冷却，是一种成熟、可靠的机组冷却供水方式。

冷却机组供水系统采用ZWLQ-20模块化风冷水型轴瓦冷却器，管道采用热镀锌管。该系统采用纯净水封闭循环，模块化风冷水型轴瓦冷却器可设定水温，根据回水温度间断运行或停止，同时用双绞线连接远程集线控制器，实现远程双向控制。

1.2　设备选型

1）对模块化风冷水型轴瓦冷却器功率参数进行核算。根据上海电机厂同步电机出厂说明书和外形图说明（3主1备），长沟泵站主电机参数和电机轴瓦冷却排管参数见表1。

根据表1参数计算，共需冷却水温在低于33℃时的水流量21 m3/h。

表1　长沟泵站主电机参数和电机轴瓦冷却排管参数表

根据制冷量和水流量关系，应用时间温升法，温差3℃时，4台主机组每小时需要制冷量为73.3 kW。

根据以上要求，选用型号为ZWLQ-20模块化风冷水型轴瓦冷却器，该设备在环境温度35℃时，按进水温度12℃，出水温度7℃时，制冷量60 kW，水流量12 m3/h；按进水温度25℃，出水温度22℃时，制冷量78 kW，水流量为20 m3/h。故选1台ZWLQ-20模块化风冷水型轴瓦冷却器满足泵站设备正常运行，另1台作为备用。

2）技术供水系统管道增压泵的选型。一般情况下，按5℃温差来确定水流量（或按主机参数表中的额定水流量），主管道按主机最大能力的总和估算，分支管道按末端名义能力估算。根据《能力比摩阻速查估算表》，选定管型及管道泵。

选取水泵时要根据“流量——扬程曲线”来确定，但扬程和流量不能超出所需太大（一般不超过20%），那么，水泵的扬程即为40.66 m，故选用40 m扬程增压泵较为合适。

2　改造方案中关键技术要求

2.1　补充供水水源要求

冷却机组补水使用纯净水进行补水，一是纯净水硬度和酸碱度较小，对管道壁和机组轴瓦冷却器的腐蚀性较小不容易产生锈蚀现象；二是纯净水水质较好无杂质，不会造成管道堵塞；冷却系统运行属于循环封闭式，在运行时的水量几乎无损耗，且冷却机组系统内设置有高位补水箱，只需要在开机运行前给补水箱注满水即可。

2.2　对冷却机组装置安装要求

1）冷却机组装置置于室内或者封闭空间，以免阳光直照；机组安装在地面上时，严禁安装在低洼之处，机组基础高于地面至少300 mm；机组周围应有不少于800 mm的检修空间；机组周边应留有通风空间，以便能与外界空气保持良好的对流热交换；机组机座应平整，并设置排水沟，以排除凝结水、化霜水和雨水；机座上应放置防震减振垫。2）鉴于冷却机组供水为封闭循环系统，对增压泵增设变频控制。3）输水管道采用热镀锌钢管，防止管道老化或锈蚀；主管道需多加固定卡箍或活接，以便检修维护。

3　冷却机组系统

3.1　冷却机组系统组成

原供水系统由供水泵通过管道对上油缸、下油缸同时供水，冷却水通过管道直接排到前池中。改造后电机上油缸、下油缸冷却则由ZWLQ-20模块化风冷水型轴瓦冷却器实现循环冷却供水。该系统由ZWLQ-20轴瓦冷却器、进水管道、回水管道、减震接头、管道增压泵、过滤器、自动放气阀、膨胀水箱、自动补水装置、排污阀及若干闸阀、逆止阀和管道等组成。

3.2　系统运行原理

从水泵机组油缸内流出的回水在管道增压泵的作用下通过ZWLQ-20轴瓦冷却器进行冷却（通常冷却至18℃），流入主机组进水管道，在机组上下油缸内流动带走机组运行产生的热量，再经回水管回到轴瓦冷却器，实现了主机组的冷却循环供水。

3.3　冷却机组系统优点

ZWLQ-20模块化风冷水型轴瓦冷却器由进口压缩机、水侧换热器、风侧换热器及自动控制单元组成的完整系统，主机采用进口的全封闭压缩机，内置多种保护装置，保证机组长期安全运行；换热部分采用波纹亲水铝翅片串紫铜管结构，承压高、换热效率佳、结构紧凑；控制部分采用微电脑控制，动作灵敏可靠，自动化程度高，具有高低压、失压、断水、缺相、过载、欠电压、防冻、压缩机内设温度控制保护等功能；冬季智能除霜，可对循环水的冻结进行远程监测。

4　改造后的特点

改造后的冷却机组系统具有温升均匀、能耗低、无堵塞、无污染、噪音小，管路安装方便、美观。系统中可以设定管道回水温度，当回水温度不高于设定温度时，轴瓦冷却器的压缩机就不工作，达到节能效果；安装在轴瓦冷却器出水管上的自动补水装置，当管道内冷却水自然损耗时，可自行进行补水；在管道增压泵之前的过滤器可以过滤掉管道内、主机组冷却盘管内的杂质；轴瓦冷却器前的减震接头和轴瓦冷却器底座的减震垫片可以最大限度地减少轴瓦冷却器运行时产生的震动，保护轴瓦冷却器和管道不受损害；自动排气阀可以及时排除管道内循环水因气温和外界因素产生的气体等。