萬家寨引黃工程大型泵站運(yùn)行工況

萬家寨引黃工程大型泵站運(yùn)行工況

萬家寨黃工程線沿線五個(gè)泵站分別為一、二、三級(jí)站，南干一級(jí)、二級(jí)站。每個(gè)站點(diǎn)都有三個(gè)必要的部件，其中一個(gè)備用。各站水泵主要參數(shù)如表1。工程輸水最大年平均含沙量為1.34kg/m3,7～10月含沙量超過5kg/m3的平均天數(shù)為15.6d,因此,在工程設(shè)計(jì)和水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取了必要的抗磨措施。各級(jí)泵站一期工程所采用水泵由日本荏原(EBARA)公司供貨,型式為立式單級(jí)單吸離心泵,水泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):采用帶固定導(dǎo)葉單蝸殼明設(shè)和中拆結(jié)構(gòu),即水泵通過中間軸和法蘭直接與電機(jī)連接,必要時(shí)先拆卸中間軸,然后吊出葉輪芯包等以便葉輪和止漏環(huán)的檢修維護(hù)。1鋼鎮(zhèn)墩出水管鋼鎮(zhèn)墩水泵主要由以下部件組成:埋設(shè)部件和進(jìn)水管件、蝸殼、座環(huán)、底環(huán)及支座、止漏環(huán)、中間軸、葉輪芯包、水泵出水管鋼鎮(zhèn)墩等。葉輪芯包主要包括:葉輪、頂蓋、水泵軸、導(dǎo)軸承及支架、主軸密封等。1.1結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)壓力埋設(shè)部件主要包括水泵進(jìn)水管及蝸殼支撐基礎(chǔ)埋件等,進(jìn)水管為10mm厚的鋼板焊接結(jié)構(gòu),進(jìn)口直徑為Φ2000mm,設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa,主要包括:進(jìn)水直管、肘管、錐管和Φ600mm進(jìn)水管的進(jìn)入門等,其上還設(shè)有Φ200mm的進(jìn)出水管平壓管和進(jìn)水管放空管。進(jìn)水管分兩段運(yùn)輸,其前還設(shè)一延伸段與水泵進(jìn)水蝶閥相連。1.2厚鋼板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蝸殼采用包角334.29°金屬明設(shè)蝸殼,蝸殼出口直徑高揚(yáng)程泵(HLP設(shè)計(jì)揚(yáng)程140m)為Φ1000mm,低揚(yáng)程泵(LLP設(shè)計(jì)揚(yáng)程76m)為Φ1100mm,蝸殼出口與漸變段相接。蝸殼為鋼板焊接結(jié)構(gòu),共分13節(jié),整體運(yùn)輸,鋼板厚度為高揚(yáng)程泵16～32mm,低揚(yáng)程泵12～25mm。蝸殼從出口側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸變薄,這樣既保證有足夠的強(qiáng)度、剛度支持自身而又無不良震顫,蝸殼設(shè)計(jì)壓力高揚(yáng)程泵2.5MPa,低揚(yáng)程泵1.6MPa。座環(huán)為厚鋼板焊接結(jié)構(gòu),座環(huán)與蝸殼、頂蓋的連接采用螺栓把合的可拆裝結(jié)構(gòu),座環(huán)有11個(gè)固定導(dǎo)葉。底環(huán)采用厚鋼板焊接,底環(huán)靠近葉輪進(jìn)口處設(shè)有可更換的不銹鋼表面硬化處理的固定止漏環(huán)。頂蓋為整體厚鋼板結(jié)構(gòu),頂蓋與蝸殼、座環(huán)的連接采用螺栓把合的可拆裝結(jié)構(gòu),頂蓋可隨葉輪、泵軸、導(dǎo)軸承、主軸密封一起組成芯包,在拆掉中間軸后吊出。蝸殼支座為焊接結(jié)構(gòu),支座與蝸殼、座環(huán)、底環(huán)的連接采用螺栓把合的可拆裝結(jié)構(gòu),支座通過10個(gè)特殊定位槽塊與10個(gè)蝸殼基礎(chǔ)埋件相固定,并能安全承受各種工況下所產(chǎn)生的各種應(yīng)力。1.3葉輪、泵軸、外法蘭水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分由葉輪、泵軸組成:(1)葉輪采用不銹鋼板熱壓成型組焊接結(jié)構(gòu),葉片數(shù)為6個(gè),葉輪進(jìn)口直徑:高揚(yáng)程泵為Φ996.4mm,低揚(yáng)程泵為Φ1021.5mm;葉輪出口直徑:高揚(yáng)程泵為Φ1777.5mm,低揚(yáng)程泵為Φ1700.1mm。葉輪上部靠近頂蓋處和下部靠近底環(huán)處設(shè)有可更換的SUS304不銹鋼表面硬化的轉(zhuǎn)動(dòng)止漏環(huán),葉輪軸采用錐型加銷鍵連接方式,靠摩擦傳遞扭矩。(2)泵軸采用鍛制,為實(shí)心外法蘭結(jié)構(gòu),主軸直徑:高揚(yáng)程泵為Φ300mm,低揚(yáng)程泵為Φ260mm;泵軸與中間軸用10個(gè)螺栓聯(lián)接。1.4tsa32汽輪機(jī)油導(dǎo)軸承為自循環(huán)稀油潤滑筒式瓦結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軸承潤滑油采用ISO—VG46(相當(dāng)國產(chǎn)30#L—TSA32)汽輪機(jī)油,在冷卻水進(jìn)水最高溫度為28℃,機(jī)組在正常持續(xù)運(yùn)行時(shí),軸承軸瓦最高溫度不高于65℃。在以最大輸入功率運(yùn)行時(shí),冷卻水可以中斷15min,而軸承軸瓦不會(huì)燒壞。導(dǎo)軸承設(shè)有瓦溫、油溫探測儀和油混水監(jiān)測儀及油位開關(guān)。導(dǎo)軸承冷卻器為單管環(huán)繞型。1.5旋轉(zhuǎn)密封和工作密封的裝配水泵主軸密封采用了德國新型的伯格曼(Burgmann)機(jī)械動(dòng)態(tài)密封,主軸密封型號(hào)高揚(yáng)程泵為HGH200SI/300—E3、低揚(yáng)程泵為HGH200SI/260—E3,密封裝置由不分瓣的檢修密封和部分分瓣的工作密封組成。工作密封位于主軸密封裝置的上部,易更換的分瓣旋轉(zhuǎn)密封裝配在不分瓣的密封底座內(nèi),隨主軸一起旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)密封面的材料為金剛砂(SiC—Si),固定密封座的材料為石墨,旋轉(zhuǎn)密封由彈簧壓緊在固定密封座上達(dá)到封水的目的,密封允許軸向位移為±5mm。為確保密封裝置的安全運(yùn)行,工作密封采用清水潤滑,密封水壓高揚(yáng)程泵為1.0MPa,低揚(yáng)程泵為0.55MPa。檢修密封位于主軸密封裝置的下部,為空氣圍帶式,充氣壓力為0.7MPa。停泵充氣后其內(nèi)環(huán)面與主軸壓緊,起封水作用。1.6中拆設(shè)備和工程設(shè)施中拆設(shè)備由起吊工具、臨時(shí)吊臂、起吊設(shè)備(2臺(tái)75kN手動(dòng)葫蘆)、旋轉(zhuǎn)圓盤、靜止托架、擰緊平臺(tái)、拆卸平臺(tái)、拆卸千斤頂和地腳基礎(chǔ)等組成,利用這些中拆設(shè)備和廠房橋機(jī)可完成芯包的拆卸、吊出并通過吊物孔運(yùn)至安裝場,直至從芯包上拆下葉輪的全部工作。1.7鋼鎮(zhèn)墩抗壓強(qiáng)度水泵出水鋼管鋼鎮(zhèn)墩為可拆式鋼鎮(zhèn)墩,設(shè)在水泵出口擴(kuò)散管處,其目的是為承受水泵關(guān)閥造壓起動(dòng)產(chǎn)生的推力,以及水泵正常停機(jī)和事故停機(jī)作用在蝸殼上的巨大推力,防止水泵基礎(chǔ)產(chǎn)生位移或變形,因此,鋼鎮(zhèn)墩具有足夠的強(qiáng)度和剛度,可安全承受各種工況下產(chǎn)生的各種應(yīng)力。2水泵的主要抗磨性能為了減輕水泵磨損,從工程設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)型式、涂層保護(hù)幾方面入手,采取了綜合的防泥沙磨損措施。2.1引水劑、水水沙量為了減少多泥沙水流對(duì)過流部件的影響,工程設(shè)計(jì)中選擇了合理的取水口形式并采用表層取水,以減少引水含沙量。引黃工程從萬家寨水庫取水,工程除8、9月份高含沙期不引水外,全年10個(gè)月中,引水多年平均含沙量0.94kg/m3,在取水口金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了表層取水活動(dòng)取水口形式,使引水含沙量和顆粒粒徑進(jìn)一步減小,有利于水泵的安全運(yùn)行。2.2流量設(shè)計(jì)優(yōu)化流道設(shè)計(jì),使流道內(nèi)壓力和流速分布均勻,采用先進(jìn)的加工工藝,降低過流表面的粗糙度,提高水泵的抗磨損能力。2.3化鎳+鎳鉻噴涂保護(hù)涂層水泵通流部件的座環(huán)、固定導(dǎo)葉、底環(huán)、頂蓋和蝸殼采用SM400材料,葉輪采用不銹鋼A743CA—6NM3作母材,重點(diǎn)磨蝕區(qū)進(jìn)行硬質(zhì)金屬粉末碳化鎢+鎳鉻噴涂(WC+NiCr)和聚氨酯保護(hù)涂層。硬質(zhì)金屬粉末碳化鎢+鎳鉻噴涂大致成分為WC+NiCr,厚度0.3～0.4mm,硬度達(dá)HV1000～1200,WC+NiCr金屬粉末在高溫、超音速狀態(tài)噴射到部件表面形成硬質(zhì)涂層,該涂層具有很強(qiáng)的抗磨損、抗氣蝕性能。噴涂保護(hù)區(qū)域?yàn)?①對(duì)葉輪葉片進(jìn)、出口正、背面;葉輪出口上、下蓋板內(nèi)、外側(cè);下蓋板進(jìn)口內(nèi)側(cè);葉輪上、下旋轉(zhuǎn)可更換的密封環(huán)的過流表面進(jìn)行噴涂;②對(duì)固定導(dǎo)葉過流表面的高流速區(qū)和強(qiáng)繞流區(qū)進(jìn)行噴涂;③對(duì)止漏環(huán)的過流表面進(jìn)行噴涂。聚氨酯保護(hù)涂層大致成分為特殊樹脂和溶劑,厚度約2～4mm,硬度約9H,該涂層具有良好的抗磨蝕性能。聚氨酯保護(hù)涂層區(qū)域:①蝸殼全部過流表面;②頂蓋抗磨板;③底環(huán)抗磨板;④固定導(dǎo)葉和座環(huán)過流表面等。2.4中拆電機(jī)、不拆電機(jī)針對(duì)引黃工程高含沙水流易磨損的特點(diǎn),水泵在結(jié)構(gòu)上主要采取以下措施:(1)為便于維護(hù)及更換葉輪和止漏環(huán),泵組采用了中拆方式,即不拆電動(dòng)機(jī),先拆卸中間軸,然后將葉輪芯包從水泵層吊出。(2)蝸殼為明設(shè)可拆式金屬蝸殼,便于主軸密封、水導(dǎo)等的日常檢查和維護(hù),在蝸殼磨損嚴(yán)重時(shí)可拆卸至安裝場進(jìn)行修復(fù),但蝸殼受力條件較為苛刻,蝸殼的厚度在滿足設(shè)計(jì)壓力情況下加上3mm磨損厚度。3水泵發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究萬家寨引黃工