排涝泵站新型闸泵分离及水下盲装耦合技术研究与应用

1、工程概述

新泉寺新建排涝泵站位于湖南岳阳的湘阴县新泉寺镇,泵站负责排除东烂泥湖、镜明河及五个垸子的部分洪水,共计排涝面积为 99.15 km?。经调查,原烂泥湖区各堤垸排涝工程建设标准低，大多建设于20世纪60-70年代:无积水外排能力，区域内积水只能依靠相邻排区的外排泵站，且相邻排区仅能满足自身排涝要求;镜明河出口无外排泵站,此处建有新泉寺水闸，当外河水位高时,内河渍水无法自流外排。新泉寺水闸位于镜明河河口入湘江处(湘资垸与岭北垸防洪大堤交汇处，工程所在位置外河为湘水西支。

通过在镜明河河口新泉寺水闸上游处新建新泉寺泵站，提高烂泥湖区内堤垸的防洪能力，使区内形成“自排、调蓄、提排”相结合的排涝工程体系。泵站设计排涝装机流量为 45.56 m%s,装机功率为 3 200 kW。

2、传统排涝泵站存在的主要问题

目前水利工程中排涝泵站主要有传统型泵站和闸泵一体化泵站两种类型。

传统型泵站,主要包括水泵站设备、泵房、附属设备及穿堤建筑物工程等,投资规模较大,需征收建筑用地。项目施工需要破除堤防、中断交通,工程建设过程中风险较高、协调管理难度大。

闸泵一体化泵站，通过利用泵站的水泵流道及增设控制流道闸门实现闸泵一体化布置。闸泵一体化泵站,将潜水电泵直接设置在钢闸门上,钢闸门既是挡水结构又是潜水电泵运行时的受力结构,钢闸门及潜水电泵重量分别超过10t时，闸泵一体化设计对设备升降安装造成极大困难,并导致设备安装及维护工艺复杂，

3、结构设计

为解决传统排涝泵站存在的诸多问题，在闸泵一体化设计基础上创新性地提出了泵站闸泵分离及水下盲装耦合技术,采用“闸门”+“潜水电泵”的闸泵分离技术,相比于闸泵一体化泵站,安装及维护工艺简单,并解决了闸泵一体化泵站设备升降安装困难等问题闸泵分离是闸门及潜水电泵分开独立布置的技术。闸门与设置在流道侧壁上的安装槽相匹配设置,且闸门上设有用于水流通过的过水孔，潜水电泵通过调节式连接件设置在闸门的一侧，潜水电泵包括水泵本体以及设置在水泵本体上与过水孔相匹配的耦合件，耦合件能使经过水孔来的流水由水泵本体排出。在水泵周围设置了两条导轨组，能够实现水泵机组沿流道垂直方向和水平方向的双重位置精准调节，确保水泵与闸门密封耦合,操作简单,能有效实现排洪。水下盲装耦合技术利用水泵导向杆与闸门导入槽正常耦合,耦合法兰与闸门耦合密封,此时导向杆与导向槽是有距离的,在潜水电泵启动时,利用水泵本体反推力的作用,水泵向钢闸门侧移动,达到自动密封的条件从而正常排涝。闸泵密封耦合时,其闸门导向槽及底座混凝土与轨道的组合大大增加了水泵运行的强度、刚度、稳定性。见图1。

4、设备安装工艺

项目完成土建工程施工后，开始泵站金属结构和机电设备的安装工作。设备安装工艺流程见图 2:

1)      闸门安装。设备安装时,要先完成泵站的行车安装,确保后续的设备安装具备起吊作业的条件。钢闸门在车间按设计图纸加工成型后运输至泵房,要把耦合件的制作精准度作为质量控制的重点，安装过程中预埋件、止水的安装精度,其误差不得大于规范规定。

2)潜水电泵安装。潜水电泵安装时,在安装现场将潜水电泵底部导向轮组件用螺栓与潜水电泵临时组装成一体,利用调试好的卷扬机升降潜水电泵,使潜水电泵的耦合平面板在自身重力作用下能顺畅地进入闸门耦合板(粗调)。分别调整导轨与导向轮之间距离(精调),使闸门耦合板与水泵进水端耦合平面及中心位置等符合要求，将底部两根30"轻轨焊接在底部预埋底板上,保证潜水电泵底部滚轮压到两轻轨上,同时保证两轻轨间距为1800mm 且相对流道中心线对称。导轨、潜水电泵、钢闸门联调,导轨与预埋底板焊接前,机组耦合法兰应与闸门上的耦合法兰处于密封状态。

将两侧连接支架组件与水泵临时固定,调节尺寸使第一导向轮落入两侧导向门槽,两边间距相等,同时检查小滚轮与导向槽基础竖面角钢之间间距是否满足设计要求，如不满足可调整导向轮组件与连接支架之间平垫片的数量。重复升降水泵,重新调整两侧导向控制组件位置,直至将电泵沿基础两侧导向槽逐渐下落在下落过程中电泵进水口法兰会自动落入闸门出口侧导向槽,一直下落到预定位置,即保证闸门孔中心线与电泵进、出水口中心线重合,耦合平面应严密无缝隙潜水水泵安装完成。

5、泵站运行作业程序

根据闸泵分离技术的特点，制定了泵站启动机组运行的作业程序,具体的作业流程包括:检查-→低压送电-→关闭机组闸门-→落水泵-→开启防洪闸门-→准备启动-→启动-→运行观察。1)检查:各电气控制柜是否关闭良好-→PT 柜电

3)“闸泵”水下盲装耦合。将闸门关闭,操作桥式起重机和自动抓梁联动,缓慢移动至闸门位置上方，人工配合液压抓梁平稳后使液压抓梁上定位槽对准闸门定位销,缓慢落下抓梁就位后操作抓梁穿销。穿销到位后提升闸门(3~5)cm,人工分别移除闸门两侧锁定销操作起重吊将闸门缓缓落入到位(当吊绳松弛时表示到位)。将潜水电泵稍微提升,检查清理泵坑垃圾后方可开始潜水电泵下降与闸门耦合，人工下入吊篮内移除水泵锁定栓销;操作卷扬式启闭机将水泵缓慢下落使水泵与闸门耦合后下落到位。

4)“闸泵”分离。泵站停止运行后,提升潜水电泵,利用钢吊篮上的卷扬机升降潜水电泵。闸门提升,起重机配合液压抓梁缓慢移动至闸门槽位置上方，人工配合液压抓梁平稳后使液压抓梁缓慢下降落入闸门槽缓慢下降抓梁至闸门就位，操作抓梁穿销到位后提升闸门。当闸门锁口完全露出锁定面(2~5)cm 时停止提升,人工将闸门锁销栓入锁口后,下降闸门锁定,此时应注意防止锁销滑出。

5)试运行。无水情况下全行程启闭试验，试验过程检查滑道的运行有无卡阻现象,开展“闸泵”水下盲装耦合与分离测试,确保设备安装全部正常,并启动泵站的试运行,检验泵站设备的稳定性、可靠性压指示是否符合-→站变柜是否通电-→软启动柜及补偿柜是否处于通电就绪状态-→软启动柜内手摇式真空断路器是否处于停用位置-→低压出线柜内各出线端塑壳断路器的开合情况。

2)低压送电:将低压出线柜内的“移动吊车”和“水泵启闭”断路器开关调至“ON”的位置-→如需要,可将“厂内照明”开关调至“ON”的位置。

3)关闭机组闸门:操作移动梁式起重吊和液压自动抓梁,将需要的闸门闭落就位并提升出液压抓梁。

4)落水泵:操作升降卷扬机将潜水电泵落下与闸门耦合就位。

5)启动:当软启动柜各信息指示灯(备妥、蓄能准启、停止)亮起,可根据选择的启动模式按键启动运行。

6)运行观察:启动后及时观察其运行电流、电压状况,正常运行中每小时观察记录相应运行状况

6、结语

湘阴县新泉寺排涝泵站工程，经历了多次洪水的考验,上游排区的汛情得到了有效控制,确保了当地人民群众生命财产安全。通过采取“闸泵分离技术"和“水下盲装耦合技术”解决了传统泵站和闸泵一体化泵站存在的诸多问题。

洞庭湖是我国四大淡水湖之一,受全球气候变暖,水利工程建设、围湖造田及湖区周围城镇化等众多因素的影响,导致洞庭湖区调蓄能力严重下降,洪涝灾害频发,制约了当地社会、经济、环境的可持续发展。本项目的成功建设与运营，为洞庭湖区其他排涝泵站的建设,提供了一种新模式,创造了新经验。