斜流泵在水力输送中的应用分析

2022-11-26李勇智

东北水利水电 2022年5期

关键词：滤网水泵轴承

李勇智

（松辽委察尔森水库管理局,内蒙古乌兰浩特 137400）

1 特点

1.1 结构特点

在水利建设中，为改变水流原有状况广泛使用各种形式的水泵，其中斜流泵目前在生产生活中应用较多，现对其本身的特点和使用中易出现的问题及注意事项分别进行论述，以利于更好发挥作用。

斜流泵又叫做导叶式混流泵，可分为不可抽出式和转子可抽出式、泵整体可抽出式。泵通过刚性或弹性联轴器由电机直接驱动。泵的轴承通常用橡胶导轴承或赛龙轴承,泵轴通常设置护管，护管内充有洁净的压力水，用于导轴承的润滑和冲洗，水量可由流量继电器控制，保证不能缺水损坏轴承，当泵用于输送污水或含有较大颗粒的水时，导叶体内的导轴承末端设有停车自动轴封装置，以防泵停止后杂质进入轴承内。立式斜流泵叶轮分为整体叶轮或组合叶轮。如果是输送海水等含盐分较多的泵，除采用耐腐蚀的材料外，还可采用牺牲阳极法和外部电源法阴极保护装置，以防止泵零件的电化学腐蚀。泵的轴向力由电机的止推轴承或泵的推力轴承承受。

1.2 运行特点

通常使用的抽水泵中，轴流泵适合大流量、低扬程情况下使用，但效率范围窄，不能在扬程变化大的场合使用；离心泵的水力性能比较优良，但不适合在较低的扬程下使用。斜流泵（混流泵）抽水利用了轴流泵和离心泵的综合原理，其性能介于轴流泵和离心泵之间，具有易启动及效率高等显著特点，是一种性能和结构介于轴流泵和离心泵之间的水泵，补偿了两者的缺点同时具有两者的优点，是比较理想的泵型，使用的范围正在向传统离心泵和轴流泵的领域扩展。应用中通过合理的设计并对叶轮、叶片角度进行调节，斜流泵可以实现大范围的高效稳定的运行。目前，大型火电站和核电站中使用的循环水泵中斜流泵超过了90%，其中最大口径可达到4 m。

2 斜流泵的应用

斜流泵主要用于工农业生产中的电站循环水、市政给排水、区域调水、农业灌排水等，近些年在核电、舰船喷水推进方面也得到应用。国外优秀生产厂家有美国英格索兰、英国威尔公司、德国KSB公司、日本日立公司、日本荏原公司等。由于海洋工作环境特殊，下面主要以其在海水中的应用举例。

日本荏原公司为某电厂提供的海水循环泵，泵体供水流量大、抗腐蚀，能够提供足够的压头且运行稳定。由于该电厂经常满负荷，所以该循环泵为工频运行，共5台泵供2台机组运行，每台机组由2台泵供水，另外1台循环泵为2台机组做备用。循环泵的启停为一键启停，可靠性较高，保证了管道系统的安全性，可防止玻璃钢管道系统受不稳定工况如系统倒水拉真空和水锤破坏。为防止冷却水系统出现破坏性水锤，在凝汽器高压侧前水室上安装2台DN150电磁真空破坏阀。当机组内所有水泵停运时，真空破坏阀打开进气破坏真空，以预防系统中出现断流弥合水锤。正常或事故停泵工况下，冷却水系统水锤最大压力均小于25.00 m水柱；当每台机组2台冷却水泵突然停运时，凝汽器低压侧后水室出现最大负压-9.50 m水柱。工程冷却水系统阀门推荐关闭规律为第一阶段8~10 s关闭80°，其余角度在20~30 s内关完，水泵倒转速控制在额定转速0.36倍以内。启泵时采用60 s匀速开阀的形式进行，当开阀门角度为3°时，连锁开启冷却水泵。起泵时管道系统最大压力不超过32.00 m，是安全的。

电厂冷却系统由水下箱涵、前池、过滤装置、循环泵、热量交换装置、排水装置等设备设施构成，海水经海面下取水口由于泵运行形成的静压差经取水箱涵到达露天的前池，在经过格栅-旋转滤网进入循环泵的吸入口，经过凝汽器的虹吸和换热后进入排水系统，再经脱硫和还原后得到合格的回水，并排入海洋，沿途的箱涵、管道、水池设有若干的通空气阀门和通气口，用以保护系统免受冲击并保证运行的稳定性，从运行效果看，符合该电厂的设计需求。

3 斜流循环泵在使用过程的注意事项

1）在使用流量开关确定电机的额定冷却水量后，应等待一段时间（约30 s）后再行启动泵。

2）在泵安装完毕或重新组装后的首次运行时，应先开机，待运行4～5 s后再关机，检查泵的转向是否正确及有无不正常现象；如无任何不正常现象，再重新开机，并运转一小段时间（大约3 min），检查是否有喘振、振荡、噪声等反常现象，然后再检查确定泵壳中的空气是否由排气阀完全排出；如果运转状况合格，则可继续保持泵的运转。

3）一般在启动泵后3 min内打开泵的出口阀。

4）虽然泵可在指定的整个工作范围(排量约为27 000～45 000 m3/h)内运行，但若有振动、杂音及气穴现象，应尽量避免在低于最小持续流量和高于最大流量的工况下长时间运行；如的确需要在上述工况下运行，则应将运行时间尽量缩短；关闭模式下的运行时间不得超过3 min。

5）检查填料密封，如不合适可调节压盖螺栓，保证应有少量水能从填料密封持续渗出。

6）应注意任何异常噪音及振动，如有空气或异物进入泵体，或设备运行点发生变化，或在排出管路出现误操作和阀体故障，则会产生异常噪音和振动。此时泵的排出压力可能波动很大，或电机仪表读数发生突变，在此情形下，应立即检查故障现象并查明故障原因。

7）检查电机温度检测器，泵开始运行后应特别注意电机轴承的温度升高是否正常。在电机轴承的温度趋于稳定后，也应不时检查其温度，如发现电机轴承发生任何异常升温现象，应立即关停泵，并查明原因。

8）检查电机轴承的润滑油位应符合要求。

9）检查电机的冷却水量供给应保证充足。

10）如发生以下轻微故障，应立即检查并查明故障原因：①泵体振动不正常；②电机轴承温度异常上升；③电机定子温度异常上升；④电机冷却水低于正常水平。

11）如发生以下重大故障，应立即关停泵，并同时完全关闭排出阀：①电机超载；②启动延时；③电机推力轴承温度上升超过紧急状况限制；④吸入水量低于紧急状况限制。

12）应注意其他仪表和计量器。

13）在排出阀完全闭合后，再行关泵。

14）在确定泵完全关闭后，关停电机的冷却水进水。

15）如果泵因停电而关闭，应先关闭电源开关，然后再行关闭排出阀，这可防止泵在电源恢复时突然启动。

16）延长停机期间的维护：应对泵定期进行维护，以便随时进行操作。可能情况下，每月操作泵1次。

4 斜流循环泵配合设备及其使用要求

1）循环泵出口液控蝶阀使用要求：液控蝶阀既可就地控制操作，也可在控制室远程操作，系统配备有远控/就地操作切换开关。就地操作一般在系统第1次启动或调试检修时使用，正常运行时均接受远程控制。在操作盘上可显示其运行状态，故障报警。由于电厂循环泵为主要辅助设备，如果操作异常或故障均可能导致循环水中断、机组跳闸，成为安全生产的重大隐患，而液控蝶阀又在循环泵的启停和事故处理时起着关键性的作用，这就要求液控蝶阀要具有高可靠性，避免机组因其停机和系统损坏。一般电厂选用重锤式液控蝶阀，保证危机情况能快速关闭，同时蝶阀所用的电源为分段独立的保安电源和自备直流电源，完全可以保证事故情况下电源的绝对可靠。

2）拦污栅的使用要求：拦污栅布置在前池后、旋转滤网前，主要作用是过滤较大尺寸的杂物，防止旋转滤网突然堵塞跳闸。基本逻辑：当任一台拦污栅前后水位差达到200 mm时（可在100~300 mm之间调节），清污机自动移动到该拦污栅处，开启清污机及耙斗进行耙草（杂物）；清污机连续运行20 min（可调），水位差降至80 mm（可调）以下，则停止清污机及耙斗运行；如运行20 min后水位差未达80 mm以下，则继续运转，同时在控制台报警并向DCS发出报警信号；每隔24 h（自行设定），清污机及耙斗按从1~5号拦污栅逐台运行1次，每次运行时间可设为10 min左右；当任一台拦污栅前后水位差达300 mm以上时，PLC控制系统将发送信号至机组DCS系统，报警通知值班人员立即到达现场检查原因并及时处理，同时将信号传送至清污机控制台。

3）旋转滤网的使用要求：旋转滤网布置在循环泵的入口流道内，作用是保证循环水系统清洁无杂物，避免系统阻塞和污染。当滤网内的杂物未来得及清理，会导致滤网堵塞，滤网自动跳闸。严重时会导致循环泵入口水位下降，水位过低或低于水泵必须汽蚀余量，导致水泵的出力下降，机组被迫降负荷，或循环泵和机组跳闸，所以旋转滤网的维护和正常运行也非常重要。旋转滤网运行的基本逻辑和拦污栅的控制原理相同，也是通过自动控制冲洗水泵保证滤网作用正常发挥及出现问题故障报警，为进入循环泵的水源进一步发挥过滤作用。

5 经常出现的问题及解决办法

斜流循环泵在以海水为介质的工况下运行情况最为复杂，循环系统应用中还要注意以下事项。

1）前池和涵道积沙，由于海水受季风和洋流的影响，每年季风期都会在循环泵入口前的涵道和前池中沉积大量的积沙，每年均会定期清理，需要占用大量的维护费用。尤其是海底涵箱的清理要求较高的工艺条件，为了减少积沙，如必须在易携砂的近海取水，在设计方面应考虑降低清沙难度，比如取水使用开放式系统。

2）轴系损坏情况，因循环泵的轴系较长，测点大多布置在基础台板以上，台板以下的轴系产生较大的振动时无法监控，当轴晃较大时就会加大动静磨损，尤其是当携沙的海水进入轴承内将使轴系严重损坏。为避免以上情况出现，应改进循环泵的密封冷却水系统，合理判定泵体振动，当产生较大的轴晃和电流摆动时应立即切换运行泵并检查轴系损坏情况，避免延误早期维护。

3）管道系统损坏，主要是预防循环泵出口段管道的损坏，主要包括水锤和系统倒水拉空损坏管道系统，应定期做好通气阀活动实验和循环泵启停切换实验，避免手动启停和切换循环泵，严格按照自动步序进行操作管理，保证系统压力平稳变化。

4）循环泵跳闸的应急处理，循环泵应保证良好的备用状态，发生跳闸时如备用泵未联动，在系统压力大量损失时禁止手动强启备用，以免发生系统冲击损坏承压部件，导致系统跑水和水淹厂房事件。