南水北調(diào)泵站機(jī)組設(shè)計(jì)選型研究》論文

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1、南水北調(diào)工程泵站技術(shù)成果交流材料南水北調(diào)泵站機(jī)組設(shè)計(jì)選型研究仇寶云馮曉莉揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院（2010年5月28日）南水北調(diào)東線工程在江蘇省揚(yáng)州境內(nèi)長(zhǎng)江取水，沿京杭大運(yùn)河及其平行河道送水北上至山東、河北和天津，解決生產(chǎn)和生活用水，促進(jìn)生態(tài)良性發(fā)展。工程從長(zhǎng)江調(diào)水到黃河南岸規(guī)劃設(shè)抽水泵站30處、13個(gè)梯級(jí)，總揚(yáng)程65m,設(shè)計(jì)總抽水能力10200m3/s,總裝機(jī)容量1017.7MW,沿線經(jīng)過(guò)洪澤湖、駱馬湖、南四湖和東平湖等調(diào)蓄湖泊。我國(guó)已開(kāi)發(fā)出系列高性能的軸流泵水力模型及少數(shù)混流泵水力模型，其水力性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但許多泵站機(jī)組結(jié)構(gòu)形式還不盡合理，影響正常使

2、用；泵機(jī)組關(guān)鍵部件可靠性差，故障頻繁發(fā)生，設(shè)備完好率低，維修費(fèi)用高。南水北調(diào)東線工程是國(guó)家大型重點(diǎn)工程，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)和要求，在正確規(guī)劃前提下，合理選用水泵裝置及配套動(dòng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，提高設(shè)備供水可靠性，節(jié)省運(yùn)行與管理費(fèi)用，充分發(fā)揮工程效益。一、工程對(duì)泵系統(tǒng)的要求本工程水泵系統(tǒng)選用總體原則是，在滿足抽水能力和起動(dòng)、停機(jī)斷流、工況調(diào)節(jié)的前提下，應(yīng)具有較高的安全可靠性和運(yùn)行效率，不污染水體，不影響環(huán)境。工程投資量大，影響面廣，供水可靠性直接影響受水區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的用水。根據(jù)規(guī)劃，泵站機(jī)組平均年運(yùn)行時(shí)間5000-6000h,維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間短。如果某一級(jí)泵站抽水流量

3、不能保證，將影響其他梯級(jí)泵站乃至整個(gè)調(diào)水工程的正常運(yùn)行。因此，機(jī)組結(jié)構(gòu)型式選擇應(yīng)首先考慮可靠性，要求關(guān)鍵易磨易損部件故障少、壽命長(zhǎng)。其次，泵機(jī)組應(yīng)具有較好的安裝性和維修性。機(jī)組結(jié)構(gòu)應(yīng)便于安裝操作和質(zhì)量控制，有利于延長(zhǎng)無(wú)故障工作時(shí)間和大修周期，便于維護(hù)檢查和修理。對(duì)發(fā)生的故障，要求能很快杳明原因并予排除，檢修拆卸部件少、費(fèi)用少，方便、簡(jiǎn)單，能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)完好狀態(tài)。根據(jù)需要選擇泵機(jī)組的調(diào)節(jié)功能。目前我國(guó)水泵水力模型效率已經(jīng)達(dá)到或接近發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平，再有明顯提高不大可能，實(shí)現(xiàn)泵站高效運(yùn)行的主要措施就是優(yōu)化調(diào)度和變工況經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，泵站應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)選用機(jī)組調(diào)節(jié)功能。

4、水質(zhì)污染一直是東線工程一大難題，國(guó)家采取了先治污后調(diào)水的策略。對(duì)于工程本身，就是要在輸水過(guò)程中不污染水質(zhì)，泵站建設(shè)和運(yùn)行不給周邊環(huán)境造成不良影響。這就給機(jī)組選擇提出了環(huán)保要求。二、泵站梯級(jí)與揚(yáng)程確定（-）泵站梯級(jí)優(yōu)化設(shè)置泵站梯級(jí)數(shù)影響工程投資。泵站相距遠(yuǎn)，高羞大，揚(yáng)程高，梯級(jí)少，則泵站建設(shè)投資少，但泵站出水側(cè)的河道堤岸需要相應(yīng)加高，河道工程投資增加。相反，泵站距離近，揚(yáng)程低、梯級(jí)多，可以減小河堤高度，但泵站數(shù)量增加，泵站建設(shè)和管理費(fèi)用增加。因此，應(yīng)以工程調(diào)水成本（包括泵站運(yùn)行年動(dòng)力費(fèi)用、泵站年管理費(fèi)用以及泵站、設(shè)備、河道工程投資年折舊費(fèi)用）最低為原則，優(yōu)化確定泵站

5、梯級(jí)設(shè)置。（二）結(jié)合實(shí)際情況確定泵站梯級(jí)及地點(diǎn)泵站梯級(jí)設(shè)置及地點(diǎn)確定還需考慮現(xiàn)有泵站、河道和水文地質(zhì)、交通等情況。根據(jù)規(guī)劃，南水北調(diào)東線工程設(shè)置13個(gè)梯級(jí)泵站，設(shè)泵站30處。三、影響泵站機(jī)組設(shè)備可靠性因素分析我國(guó)大型低揚(yáng)程水泵機(jī)組在結(jié)構(gòu)型式上還存在不少問(wèn)題。有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)運(yùn)行受力、安裝檢修和環(huán)境影響考慮較少，可靠性差，故障發(fā)生頻繁，檢修費(fèi)用高。常見(jiàn)故障如下:（一）水泵導(dǎo)軸承失效巴氏合金油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承承載力大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝難度大，特別是水密封結(jié)構(gòu)不可靠，大量含泥沙的河水進(jìn)入導(dǎo)軸承，造成軸承和軸頸嚴(yán)重磨損剝落，間隙增大，葉片碰殼。水泵非金屬水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承承載能力低，用

6、于臥式和斜式泵時(shí)，工作荷載大，易產(chǎn)生偏磨和損壞。立式泵非金屬導(dǎo)軸承雖然工作荷載小，但密封結(jié)構(gòu)失效時(shí)，河水中的泥沙進(jìn)入軸承間隙，經(jīng)軸頸的擠壓嵌入非金屬軸承材料，磨損軸頸，被磨毛糙的軸頸反過(guò)來(lái)加速軸承的磨損和軸頸面層剝落，葉片間隙增大，造成葉片碰殼。（二）立式機(jī)組電動(dòng)機(jī)推力軸承燒損部分立式機(jī)組在高于設(shè)計(jì)揚(yáng)程下運(yùn)行容易發(fā)生電動(dòng)機(jī)推力軸承燒瓦事故。安裝質(zhì)量差，推力瓦面高差大，瓦面受力不均是誘發(fā)因素，根本原因是軸承選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。（三）葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障大泵機(jī)械式葉片全調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在電動(dòng)機(jī)頂部，調(diào)節(jié)小電動(dòng)機(jī)固定安裝，這種結(jié)構(gòu)容易發(fā)生漏油、滾動(dòng)軸承損壞等故障，可靠性差。液壓

7、式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)力大、機(jī)械磨損件少、可靠性高，但需要復(fù)雜的油、汽輔助設(shè)備系統(tǒng)，油壓裝置占地面積大，受油器妥裝難度大，接力器密封要求高。主要故障形式：操作油管連接部位漏油，配壓閥和接力器密封失效，最終使壓力無(wú)法保持，葉片角度無(wú)法調(diào)節(jié)。（四）設(shè)備維修性由于泵機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮不全面，造成安裝與檢修困難，機(jī)組部件不能按正常程序安裝，安裝質(zhì)量不能保證。機(jī)組結(jié)構(gòu)維修性差，關(guān)鍵易磨易損部件發(fā)生故障時(shí)，檢修往往需要拆卸大部分或幾乎所有部件，工作量與機(jī)組大修相差無(wú)幾。通過(guò)研究，水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承維修性優(yōu)于油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承。對(duì)于油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承的維修性，立式水泵好于燈泡貫流泵。金屬?gòu)澒苁綑C(jī)組和半井筒

8、式機(jī)組維修