机动式混流泵成套设备的优化改造

(无锡市城市防洪工程管理处，江苏 无锡 214000)

1 概 况

无锡市防汛机动抢险队成立于2007年，由无锡市城市防洪工程管理处托管，是全省13支省级专业化防汛机动抢险队之一，主要承担无锡市的防汛抢险任务。当前抢险队共有25人，防汛抗旱设备物资主要包括2400m3排水泵车一辆；5t、2t随车起重运输车直臂吊各一辆；300kW发电机及各类抢险排涝设备75台套，编织袋35.8万条，土工布27400m2，彩条布7200m2，木料130m3等。

2 机动式混流泵成套设备现状

机动式混流泵是指带有一定机动性的柴油机驱动混流泵设备，机动式混流泵成套设备由机动式混流泵、进出水管、启动电瓶及相关附件组成。机动式混流泵成套设备具有一定机动性、出水量较大、适应性强等优点，被广泛应用于各类防汛抢险中。

混流泵依靠离心力和轴向推力的混合作用来输送液体，是离心泵和轴流泵的综合，所以称为混流泵，混流泵的比转速高于离心泵，低于轴流泵，一般为300～500r/min，扬程比轴流泵高，但流量比轴流泵小，比离心泵大。广泛应用于防涝排洪、农田灌溉、污水处理、电站冷却系统等领域。本文中的混流泵均为8英寸混流泵，其流量为360m3/h，扬程为5m，重量为230kg。

本系统中配套的ZS1110型单缸水冷柴油机额定功率为14.7kW(2200r/min)。净重190kg。该柴油机省油，易启动，技术成熟，通用互换性极好。本文中的柴油机均为ZS1110型单缸水冷柴油机为例。

3 机动式混流泵成套设备工作过程

在以往防汛抢险中，机动式混流泵成套设备出动安装过程为：抢险队在接到上级防办指令后，先从防汛物资储备仓库把混流泵、柴油机、进出水管及相关附件分别吊装上卡车，由卡车运送到抢险排涝地点。到达目的地后再把上述设备逐一卸车。在装配机动式混流泵前，针对每台套设备，现场人员需先清理一块2m×2m的平整空地，把木板固定在混流泵及柴油机底部，并根据混流泵与柴油机的装配位置，以及地质的不同，打入木桩(适用于泥地)或膨胀螺丝(适用于水泥地)，对混流泵和柴油机进行固定。继而安装皮带，铺设进出水管，再进行调试，最终进行抢险排涝作业。

机动式混流泵出水过程为：首先由外接水源对混流泵的注水孔进行注水，待泵体腔内水充满并形成真空状态，再由电瓶给柴油机上的启动电机供电，进而启动柴油机，柴油机通过皮带带动混流泵，从而达到抽水排涝的目的。

机动式混流泵成套设备是无锡市防汛机动抢险队中非常重要的排涝设备，也是防汛抢险中出动频率最多的设备之一，其机动性强、稳定性高、排涝量大，在抢险工程中发挥了巨大的作用。

防汛责任重于泰山，时间就是生命，防汛抢险就是与时间赛跑的过程。近年来，随着城市建设的不断发展及防汛形势的日趋严峻，原有设备的抢险效率已经跟不上新形势下的防汛要求。为此，抢险队技术骨干针对现实情况，就如何切实提高现有设备的防汛抢险效率进行了一系列优化改造。

4 存在的问题

在多年抢险排涝过程中，归纳总结了以下7大问题。

4.1 设备集成度低，吊装耗时长

设备出动时，一般由卡车来运输，由于柴油机、混流泵重量大。须使用起重机械把混流泵、柴油机、进出水管及附属设备逐一吊装上货车。货车到达现场后，由起重机械把上述设备逐一卸车，再进行安装、调试。设备调拨运输耗时长。

4.2 设备机动性能差，运输方式单一

由于设备只能通过起重机械等设备移动，当遇到复杂地形特别是老城区狭小空间时，起重机械无法直接到达现场作业，只能就近吊下车后，再用其他方式转运到排涝现场，整个过程费时费力。

4.3 设备无固定吊点，吊装重心不准确

原先混流泵无现成的吊点，因此在吊装过程中需要人工寻找最佳吊装位置，万一没找准重心，就会出现设备倾斜等不稳定状况，存在安全隐患。

4.4 现场安装调试费时费力

现场安装时，需先对混流泵及柴油机底部固定于木板上，增强其平整度，再进行固定并定位。而且柴油机是通过皮带带动混流泵抽水排涝作业。因此柴油机与混流泵的相对距离必须有保证，不能有变化，过小或过大都会直接影响皮带松紧度，进而影响传动效率，甚至可能引发皮带脱落或者断裂等。

4.5 场地要求高

当设备到达现场后，针对每台设备需寻找清理一块2m×2m的平整空地。当遇到松软地面时，设备底部的木板与地面的接触面小且设备本身重量大。因此长时间震动将导致设备陷地、倾斜等不良工况出现，存在安全隐患。

4.6 进出水管问题

原先机动式混流泵成套设备采用的进、出水管钢皮管重达15kg/m，在防汛抢险排涝工程中，由于拼接、移动钢皮管需人力操作，考虑到钢皮管自重，无法配备长度较长的钢皮管，因此遇到长距离水管铺设时势必导致接头过多。两节钢皮管连接时需要垫好垫片，再用8枚M16的螺栓进行紧固。每两节管道拼装需要3人配合，花费约5min时间。在安装进水管时需根据水位情况，把多节钢皮管及单向阀整体安装好并通过起重设备吊装入水中。而且进水管密封性要求高，如果接头处漏气，进水管无法达到真空状态，将导致抽水失败。另外钢皮管一般常备30°、45°和60°的弯头，如果现场地形复杂，遇非常规角度的地形，钢皮管安装难度较大甚至无法安装。混流泵的出水口离地面高度为1.2m，当出水口安装钢皮管时，由于钢皮管本身自重再加上管道内水的重量，导致出水口的钢皮管易产生较大弯矩而发生形变甚至开裂，因此须对出水口的钢皮管加装支撑架。

4.7 注水孔注水效率低，存在安全隐患

根据机动式混流泵出水过程，当设备启动前，须通过混流泵注水孔对泵体腔内进行注水，使腔内达到真空状态方能抽水排涝，开机后必须迅速密封注水孔。原先注水孔塞为螺栓形，当水注满时，必须快速压上塞子并快速旋入，否则泵体腔内的水会因内压从注水孔往外喷溅到四周，影响启动设备的电气部件及周围其他设备，存在安全隐患。另外注水孔孔径与外部注水管道不配套，因此在注水时有大量水外流，没有有效注入腔体，影响注水效率。

5 优化改造措施和建议

针对上述问题，对机动式混流泵进行改造及优化设计后，改造后结构见图1。

图1 机动式混流泵改造结构

5.1 一体化架设计

改造后的一体化架具有以下5大功能。

a.整合设备。用槽钢切割焊接而成多功能一体化架，根据混流泵与柴油机的装配位置开设固定孔位，用螺栓进行固定，同时设置相关附件区域。该一体化架使混流泵、柴油机、启动电瓶等相关设备整合在一起，形成模块化设备，减少装卸车及现场安装时间。

b.增加设备的移动方式。原先设备移动只能通过起重设备进行吊装移动，在保证一体化架强度的前提下，增加托盘设计结构，对一体化架槽钢进行镂空处理，形成叉车插孔，即通过叉车也可以运输机动式混流泵，见图2。当需要人工移动设备时，只需1名工作人员使用手推式液压叉车插入底座，抬升起泵组后，就能轻松移动设备到达现场，并能精确定位泵组。真正体现其灵活性和机动性，见图3。

图2 电动叉车移动

图3 人力手推液压叉车移动

c.增加吊点。抢险队根据一体化架上各设备的位置，科学计算重心位置，并根据重心设置吊点，确保机动式混流泵整体吊装快速平稳，见图4。

图4 增设吊点

d.增加皮带松紧度调节机构。把一体化架上固定柴油机的螺栓孔开设为长颈孔，并在柴油机支架处两侧平行焊接两个螺帽，使螺栓旋入螺帽中。通过旋转螺栓，使螺栓对柴油机产生作用力。从而调节柴油机与混流泵的相对距离，进而对皮带起到微调的作用，更好地发挥其传动效率。

e.增加设备的场地平稳性。在一体化架底部焊接整块钢板，使设备对地面的受力面积增大，压强减小，当遇到地质松软地形，加装钢板后避免设备陷地、倾斜等情况，使其运行平稳，消除安全隐患。

多功能一体化架的使用，使整个设备的出动过程和安装过程时间大大缩短，提高设备运输的灵活性和安全性。

5.2 进出水管改造

采用保尔接头作为进出水管的接头，仅需2～3人花费10s便能完成两节管道的拼接。

不同种类进出水管道材料对比见表1，通过对比最终进水管采用PVC钢丝管。PVC钢丝管相对于钢皮管具有重量轻，安装时无须使用其他吊装设备，整体密封性强，具有一定柔韧性且弯曲半径小等优点。

表1 不同种类进、出水管道材料参数

出水管尽可能采用涂塑水带，涂塑水带相对于钢皮管具有重量轻，收纳体积小等优点。在遇到急弯等水头损失较大的情况下采用PVC钢丝管过渡以减小水头损失。因为混流泵的出水口离地面1.2m，如果直接接入涂塑水带，由于涂塑水带本身没有管道支撑性，出水管口会因为涂塑水带自重和水的重量导致涂塑水带与出水管道形成折角，使出水口径大大减小，影响出水效率。PVC钢丝管凭借其良好的管道支撑性可解决上述问题，因此工作人员在混流泵出水口到地面段采用PVC钢丝管。

进出水管采用PVC钢丝管和涂塑水带后，相比于钢皮管，同等铺设距离需要的接头少，在弯角处无须另接弯头，结合保尔接头的使用，便能迅速完成进出水管的安装，省时省力。

5.3 注水孔改造

抢险队员采用变径接头对混流泵注水孔进行变径，由15mm变为25mm，使混流泵注水孔与注水管口径相配套；在泵体注水孔加装25mm全通型球阀；并采用不锈钢CF型快速接头，见图5。

改进后的注水过程为：当设备需注水时，首先打开球阀，然后将注水泵出水管与该设备的注水孔相连接，连接完成后即可启动注水泵开始注水。整个连接过程只需花费5s。当腔体注满水时，可以手动迅速关闭球阀并关闭注水泵，确保腔内水不往外喷溅。由于整套注水管道连接处密封完整，从而使水全部有效注入腔体，大大提高注水效率和安全性。

图5 注水孔改造

6 优化改造后使用效果

近年来，受厄尔尼诺影响，无锡多地遭受特大降雨，特别是2016年7月宜兴部分地区出现严重内涝。为此抢险队紧急出动机动式混流泵6台套，钢皮管共计72m，如以此案例来对比计算，改造前后效率对比见表2。

表2 改造前后效率对比 单位：min

注由于设备在抢险出动时采用统筹施工，故总耗时小于整体装、卸总用时加整体设备安装耗时。

该机动式混流泵成套设备优化改造项目实施方便，结构简单，相关零配件都是市面上标准件，采购方便，易于推广。

7 结 语

综上所述，此次无锡市防汛机动抢险队对机动式混流泵成套设备的优化改造，大大缩短了设备的出动、安装时间，增强了设备的机动性和稳定性，进一步提高了设备的效率及安全性，扩大了设备的适用范围，减轻了工作人员的劳动强度。在未来，随着气象条件的日益复杂，防汛形势的日趋严峻，该优化改造成果定能在城市防汛抢险中发挥出重要作用，保障人民生命和财产安全。