大型低扬程水泵机组结构分析比较研究(2)
立式机组电机位置高, 运行环境与通风散热条件好。采用自然空气靠转子磁轭上下风扇造成的压力或风机形成的真空迫使热空气从定子出风洞流出,外界冷空气经上下通风口进入补充,空气中的大量灰尘与油缸内润滑油因温度升高和扰动而汽化的油雾混合, 积聚在定子铁芯线圈上及通风槽内,严重影响散热和绝缘,往往迫使电机提前大修,清洗工作量很大。
贯流泵机组长期浸没在水下, 灯泡体内壁结露很难解决,环境湿度大,密封绝缘要求高,可靠性较差。
2.3、安装检修性
大型水泵机组安装要素有高程、水平、中心、同心、摆度、轴承受力、间隙等[6] 。ZL13.5-8 配1600kW电机、2.8ZLQK-7.0 配TDL325/ 56-40 电机等机组结构不合理, 机组部件不能按正常程序安装,安装质量不能保证。斜式、卧式机组安装盘车困难,轴线摆度难以测量调整。贯流泵、箱涵式水泵、全井筒式水泵外部空间小,安装操作困难,水泵故障及汽蚀不易发现, 检修需要拆卸电机和水泵的大部分部件,工作量大。立式圬工式水泵导叶体及以下部件需从泵站专用吊物孔吊入并经水泵层运输通道移至机坑安装,安装检修性差。
立式半井筒式水泵所有部件均可由井筒吊装,机组四周操作空间大,安装性好;打开井筒和泵盖进人孔可对导轴承检修或更换。拆开纵向对开式叶轮外壳,水泵叶轮完全可见。易损件拆装工作量小,检修费用少,检修性好。无液压减载装置的大型立式机组需要25～35 人盘车, 劳动强度大; 无顶车装置的立式电机安装及起动前需在下机架上放置4 只千斤顶顶车,空间小,操作困难。
2.4、工况可调性
采用直联传动便于设置叶片调节机构, 可调性好。大型水泵变工况目的有三:实现经济运行、减小起动功率缩短起动时间(限运行全调节) 、调节流量。半调节只是增加水泵的适用范围,不能用于调节工况。油压全调节调节力大,工作可靠,但油压装置系统复杂;机械全调节结构紧凑,辅助设备简单,是发展方向, 但故障多, 可靠性差。泵站应根据实际情况选择叶片调节方式[7] 。采用双速电机,水泵具有两个扬程不同的高效区,泵站可以根据不同季节的扬程改变电机接线,改变转速,达到经济运行的目的。
2.5、经济合理性
立式机组站房高度大;斜式和卧式机组站房高度小,但宽度增加。立式泵流道转弯多,流动水头损失大;斜式和卧式泵流道转弯少,水流方向变化小,特别是贯流泵,水流方向基本不变,水力损失小。单从能量角度(系统效率) 考虑, 电机效率和水泵泵段效率相同时,贯流泵装置最优,其它卧式和斜式装置次之,立式装置效率较低。考虑到非立式装置间接传动效率, 立式泵系统效率低1%～3%。非立式装置叶片全调节机构设置比较困难,对扬程经常变化的泵站,立式装置设置叶片调节机构,通过变角保证系统始终高效运行,系统平均运行效率并不低于斜、卧式装置。轴线形式、立式水泵结构对比分别如表1、2。
3、大型低扬程水泵机组结构设计选用
3.1、合理选用泵型
混流泵与轴流泵相比,关死点功率小,小流量区运行较稳定,闸门断流不易过载,因此,同等情况下优先采用混流泵, 可以提高机组的安全可靠性和运行稳定性。目前用于大型泵站的混流式水力模型较少。最近,江苏大学江苏流体机械研究中心与江苏省水利厅合作, 开发出了高比转数导叶式斜流泵211 水力模型。该模型最高效率为85.3 % ,效率大于83 %的性能范围为: Q =0.26～0.47m3/s , H =4.6～9.2m, ns =650～950。研究结果表明:211 模型与轴流泵模型相比,具有3 大特点: (1) 高效范围非常广; (2) 小流量区域的不稳定性能显著减轻; (3) 能适应扬程变化很大的场合。综合考虑制造、安装、管理、技术条件成熟和抽送每千吨米水单位造价等因素, 叶轮直径D =2.8 ～ 3.1m 左右, 单机配套功率N = 1000 ～3000kW左右,单站台数3～8 台较为合适,重要工程应考虑每站设置1 台备用机组。
3.2、合理设计、选用机组结构
机组型式、结构、尺寸设计和选用要兼顾可靠耐久性、安装检修性和经济合理性。对年运行时间长的重要泵站, 如南水北调东线工程,年均运行时间达5000～6000h , 某一泵站发生问题, 将影响整个调水线路的正常运行, 因此,机组安全可靠性是第一位的。立式半井筒式泵机组具有较好的可靠耐久性、安装维修性和工况可调性。采用护管式清水润滑轴承[9] , 可以保证泥沙不进入轴承, 使用寿命可以超过40000h。
通过对轴承荷载的分析,提高机组制造安装质量,安装时尽量使各因素引起的分荷载相互抵消, 可以减小轴承荷载, 延长使用寿命, 提高可靠耐久性[10] 。考虑到1 台机组大修1 次需2～4 万元,与其它方案相比,本方案所节省的机组维修费用、灵活的工况调节节省的运行费用及因设备完好率的提高产生的经济效益和社会效益远远超过增加的设备和工程投资。
抽芯立式混流泵机组安装简便, 适用于扬程较高的泵站,但其检修性一般。由于采用了较新的陶瓷轴承, 转速很高, 叶轮nD 值较大, 可靠耐久性和汽蚀性能需经时间的检验。对年运行时数极短的排涝泵站, 考虑到节省土建、施工和设备投资, 亦可采用斜式或卧式结构,但每年至少需要对水泵导轴承检修或更换1次,且要冒水泵轴承故障的风险。因此不作推荐。
