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一、分析存在問題

由于某泵站建設(shè)過程過長(zhǎng)，主設(shè)備為1990年前產(chǎn)品，老化嚴(yán)重，未開始使用前許多設(shè)備已屬淘汰產(chǎn)品，運(yùn)行使用以來暴露問題較多。2013年2月省*組織專家對(duì)某泵站進(jìn)行了安全鑒定，為三類泵站，需進(jìn)行更新改造。在審查更新改造可研報(bào)告時(shí)，專家提出需進(jìn)行出水流道出口非淹沒出流狀態(tài)對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性影響的研究，并提出處理措施。

1.水泵機(jī)組的現(xiàn)狀

某泵站裝有ZL30-7立式軸流泵，配TL-3250/40、3000kW同步電動(dòng)機(jī)12臺(tái)套（其中2臺(tái)套備用），泵組均為廣一水泵廠生產(chǎn)的配套產(chǎn)品，水泵主要參數(shù)見表1。

某泵站為單向排澇泵站，原泵站的進(jìn)水口設(shè)有檢修門，出水口設(shè)有拍門和快速閘門(事故檢修門），互為備用，可配合水泵的啟動(dòng)和斷流。主水泵停機(jī)斷流方式為拍門斷流，快速閘門作為備用門在停機(jī)時(shí)快速關(guān)閉，對(duì)主機(jī)泵進(jìn)行雙重保護(hù)。拍門采用雙節(jié)空箱結(jié)構(gòu)，減輕重量，使拍門浮在水面以減少出水阻力；快速閘門為混凝土板式結(jié)構(gòu)，能在主機(jī)停機(jī)時(shí)隨時(shí)快速下落，以防水倒流。

2.現(xiàn)水泵運(yùn)行中的問題

某泵站原設(shè)計(jì)出水池的zui低運(yùn)行水位為6.00m，較流道出口高程5.00m高1.0m，為淹沒出流。但根據(jù)區(qū)域防洪規(guī)劃，某泵站出水池常水位只有2.50m，zui低運(yùn)行水位為2.00m，zui高運(yùn)行水位6_58m，設(shè)計(jì)水位6.58m。根據(jù)泵站設(shè)計(jì)規(guī)范(GB/50265-97)第7.3.10條規(guī)定：出水流道的出口上沿應(yīng)淹沒在出水池zui低水位以下0.3~0.5m。而某泵站運(yùn)行水位經(jīng)常接近出水流道的底高程，水泵運(yùn)行時(shí)多為非淹沒出流，這樣難以保證水泵機(jī)組的安全穩(wěn)定。

三、改善水泵出水條件的措施分析

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，改善水泵出水條件的措施有：虹吸式出水；取消拍門，改設(shè)工作閘門；拍門增設(shè)監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)置擋水堰等。現(xiàn)就這幾種措施作分析比較：

1.虹吸式出水

虹吸式出水流道是應(yīng)用zui多的一種出水流道，出口在出水池的zui低水位之下，流道頂部設(shè)有真空破壞閥，廣一水泵啟動(dòng)時(shí)，打開真空破壞閥，排除流道內(nèi)的空氣，形成真空，可以順利出水。其優(yōu)點(diǎn)是:簡(jiǎn)單可靠，有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

但某泵站是改造工程，如采取此方案需對(duì)出水流道和出水側(cè)部分建筑物進(jìn)行很大改動(dòng)，將出水側(cè)建筑全部拆除，不僅工作量大，而且對(duì)泵站的結(jié)構(gòu)也將產(chǎn)生影響，所以不宜采用。

2.取消拍門，改設(shè)工作閘門

拆除拍門，改為工作閘門，可按常規(guī)布置方式，一道為工作門，一道為事故門。水泵啟動(dòng)前，事故門先提起，在啟動(dòng)過程中工作門快速提起。水泵運(yùn)行時(shí)，兩道閘門均提出水面，滿足泵站出水敞開的安全穩(wěn)定運(yùn)行條件。為滿足水泵開門啟動(dòng)的要求，可以在工作閘門上開設(shè)小拍門，保證水泵啟動(dòng)時(shí)有較大的過流能力。為保證快速閘門順利配合水泵啟動(dòng)，閘門的啟閉宜采用液壓油缸操作，所以需要在流道出口增設(shè)胸墻和啟閉設(shè)備。此方案要求改造的設(shè)備多，費(fèi)用較大，在場(chǎng)地布置上有難度，不合適某泵站改造工程。

3.拍門增設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)水泵運(yùn)行穩(wěn)定的條件，水泵低水位運(yùn)行時(shí)，需將拍門提起至水面以上，對(duì)水流不產(chǎn)生影響，提起拍門的方式可有液壓、電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)和平衡重塊等。但臨洪東站為改造項(xiàng)目，在實(shí)施中不但場(chǎng)地布置困難，而且需要將出水閘門改為倒掛式液壓油缸，騰出空間布置液壓緩沖裝置，增加費(fèi)用，因此不建議采用此方案。

4.設(shè)置擋水堰

在出水流道處設(shè)置擋水堰，提高出水池水位，可以消除和改變流道非淹沒出流狀況。按擋水堰的設(shè)置位置和堰頂高度的不同，分為高堰、中堰和低堰三個(gè)方案。

（1）高堰方案

高堰方案是在閘墩以外出水池適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置高堰，型式為WES型實(shí)用堰，堰頂高程取6.70m,略高于100年一遇水位6.58m，這樣就可以取消拍門，但保留現(xiàn)有的出水閘門，在泵站zui高防洪水位時(shí)擋水用，確保泵組設(shè)備安全。

此方案的優(yōu)點(diǎn)是:取消拍門，降低拍門維修投資，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。缺點(diǎn)是:設(shè)堰后提高了運(yùn)行水位，使廣一管道泵基本在高揚(yáng)程區(qū)域運(yùn)行，增加電機(jī)功率，另外，某泵站單泵運(yùn)行流量在30m3/s左右，運(yùn)行時(shí)水面涌高達(dá)1.76m，堰上zui高運(yùn)行水位達(dá)8.34m，高于工作橋底板高程(8.3m)，對(duì)工作橋有影響，且此方案增加投資較大。

（2）中堰方案

考慮高堰方案堰上水位影響工作橋的安全，采取中堰方案可降低堰頂高程至5.50m(略高于流道出口高程），仍設(shè)置在閘墩以外出水池適當(dāng)?shù)奈恢茫褪綖閃ES型實(shí)用堰。此方案堰上zui高運(yùn)行水位7.25m，不危及工作橋的安全。但設(shè)堰后對(duì)出水水流有阻礙，會(huì)增加水力損失，導(dǎo)致運(yùn)行揚(yáng)程有所提高，約0.67m,電機(jī)功率也相應(yīng)增大。

由于中堰方案堰頂?shù)陀谶\(yùn)行高水位，為防止停泵時(shí)機(jī)組飛逸，需要有可靠的斷流措施，現(xiàn)有的泵站拍門和出水閘門均應(yīng)保留，并且運(yùn)行時(shí)宜將拍門提出水面。

（3）低堰方案

低堰方案是在流道出口的閘墩尾部設(shè)置低溢流堰，型式仍為WES型實(shí)用堰，頂高程3.90m,堰高1.90m。堰頂高程低于流道頂高程，但在出水池正常高水位運(yùn)行時(shí)，水池水位高于流道，滿足淹沒出流的條件。出水池低水位運(yùn)行時(shí)，水泵揚(yáng)程低，流量將大于或等于30m3/S，經(jīng)堰流公式計(jì)算，在30m3/s流量下雍水高程可達(dá)到5.56m,超出拍門處的流道頂高程,滿足淹沒出流的條件。所以無論出水池水位高或低，設(shè)置低堰后，均可滿足水泵流道出口為淹沒出流的條件。為避免部分泵組運(yùn)行對(duì)不運(yùn)行泵組的影響，仍保留各自的拍門和閘門，可以確保出水池的水不倒流，保證不運(yùn)行泵組的安全。

5.方案分析比較

由于高堰方案對(duì)工作橋有影響，且投資較大，不予考慮，所以這里廣一水泵廠重點(diǎn)對(duì)中、低堰方案進(jìn)行分析比較。

(1)對(duì)運(yùn)行揚(yáng)程影響的比較。中、低堰方案水位雍高情況見表2。

由表2可見：當(dāng)臨洪河水位較低時(shí)，建堰后水位雍高較大；臨洪河水位低于5.5m時(shí)，對(duì)中堰方案堰上水位均雍高到7.14m;當(dāng)臨洪河水位低于3.9m時(shí)，低堰方案堰上水位均雍高到5.54m。隨著臨洪河水位的提高，堰上雍高水位逐漸降低。與不設(shè)堰方案相比，就原出水側(cè)設(shè)計(jì)和zui高運(yùn)行水位而言，中堰方案提高了0.67m,低堰方案提高了0.15m。

(2)出水流態(tài)比較。中堰方案，堰距離流道出口較遠(yuǎn)，水流較平穩(wěn);低堰方案，堰距離流道出口較近，出水流態(tài)相對(duì)較差，需結(jié)合物理模型試驗(yàn),優(yōu)化堰的體型設(shè)計(jì)。

(3)費(fèi)用比較。中、低堰方案費(fèi)用比較見表3。

根據(jù)表3,中堰和低堰方案建筑工程可比費(fèi)用分別為104.94萬(wàn)元和31.35萬(wàn)元，低堰方案可比投資僅為中堰方案的30%，具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。

(4)施工條件比較。中堰方案，由于堰體建在出水池中,原有池底板不能承受堰體重量，必須先挖除該段底板后重新開挖基坑，并對(duì)地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸烫幚恚瑫r(shí)需要修筑施工臨時(shí)道路，征用棄渣場(chǎng)地，且淤泥質(zhì)土開挖和運(yùn)輸困難。低堰方案則只需要鑿除出口處閘室底板混凝土的表面層并插筋，再?gòu)墓窐蛏戏降踹\(yùn)、澆筑混凝土，施工非常便利，影響范圍和難度均較小。

四、結(jié)論

經(jīng)對(duì)多種可行方案的分析比較，采用流道出口處設(shè)置低堰的方案來改善臨洪東站出水流態(tài)，既滿足泵站設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，又可以利用泵站兩節(jié)拍門滿管流時(shí)產(chǎn)生的浮力，減小出水水流的波動(dòng)，保證機(jī)組的運(yùn)行安全。

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