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1、高扬程抽水泵站出水管道剧烈震动的原因及对策摘要介绍“东雷抽黄”工程中南乌牛二级站管道在机组运行中出现无预兆剧烈震动的现象,分析这一现象发生的原因及维修对策,以期为泵站的正常运行提供参考。 关键词东雷抽黄;抽水泵站;原因;对策 渭南市东雷一期抽黄灌溉工程是以黄河为水源的高扬程电力提灌工程,因取水点设在陕西省合阳县城东25km处的东雷村塬下,故称“东雷抽黄”。它是目前国内装机容量最大、扬程最高的电力提灌工程,于1975年8月兴建,1988年9月终验合格交付使用。灌区共建有各级抽水站28座,安装机
2、组133台,最多9级提水,累计总扬程331.7m,加权平均扬程214.7m,总装机容量11.86万k,斗、分、引渠4328条,总长1755km,配套渠系建筑物9273座。渠首引水流量40m3/s,加大引水流量60m3/s,设计灌溉面积6.8万hm2,有效灌溉面积5.58万hm2,包括惠泽渭北旱原的大荔、合阳、澄城、蒲城4个县13个乡镇262个村庄。开灌近30年来,在当地抗旱生产中发挥了巨大的经济效益和社会效益。 南乌牛二级站是东雷抽黄灌溉工程管理局下属的1座二级泵站,设在陕西省大荔县南乌牛村塬下,
3、承担着合阳、澄城、大荔3个县10个乡镇和蒲城县永丰镇坞坭村的2.73万hm2农田的灌溉任务。站内装配有4台“黄河KD4-110”双吸单机离心泵(简称“黄河四号”水泵),轴功率6400k,额定流量4.4m3/s,配套4台8000km,壁厚13.7mm,单管全长350m,前50m为地下掩埋,后300m为管床明铺,设有5个镇墩(序号从泵站向出水池升序排列),每60m设1个,两镇墩之间有管道伸缩节1个、环形移动支架6个,均匀分布,出口为虹吸式,安装有真空破坏阀防止倒流。 1震动现象的发生 2002年以来
4、,距出水口30m、顶部镇墩15m处的4条管道顶端,在机组运行中均出现无预兆剧烈震动现象,震动范围为4~5号镇墩之间管道,震心为5号镇墩向下15m处,震动向两侧逐渐消减,震动频率约3~5次/s,中心振幅约为0.5~0.8mm,震动剧烈,多次造成环形钢支架断裂及压力管道裂缝,影响机组正常运行,存在严重安全隐患。该震动现象无固定时间和规律,在同一机组、同一工况下启动机组运行时,管道可能发生震动也可能不震动。有时启动机组后运行平稳,但运行几小时或1~2d后会发生,震动一旦发生则一直持续,在出水闸压闸50%以
5、下或停机后方可消除。震动造成震心处环形支架多处断裂,压力管道环形和纵向裂缝,严重威胁机组安全生产运行。 2原因 根据现场设备逐步分析排查,现场设备可能引起震动的范围有水泵机组振动、压力管道、管道流量、管道附件4个部分。 (1)从出水压力管道进外观检查,管道局部因管床基础局部轻微下陷,致使压力管道存在水平和纵向弯拱变形,变形范围约10~100mm,部分环形支架地脚悬空滚轮卡死。2009年初检修人员进行了局部维修,悬空的环形支架地脚采用钢板支垫,卡死的滚轮进行除锈和加油处理,纵向采用千斤顶校正方木
6、支撑,裂缝处加固焊接,处理后效果不明显,震动现象仍然存在。(2)当震动发生时机组运行无变化发生,各仪表、流量正常,机组运行无异常震动发生,而震动部位在管道末端远离机组(震动部位距机组约300m),靠近机组的管道无震动,且机组到管道震动部位中间,加有4道大型混凝土镇墩固定,因此机组运行传递引起震动可能性不大。 (3)通过多年观察发现,流量大的机组相对更容易发生震动,但南乌牛二级站单台机组实际最大流量实测为4.8m3/s。按5m3/s计算,管道流速为2.5m/s,符合国家规范的2~3m/s安全规定,但
7、从实际观察,流量对震动有基础性影响。 (4)在检查管道附件时发现,4台管道真空破坏阀经30多年运行,密封石棉板破损,阀杆锈死,真空破坏阀一直处于打开状态,且阀口在运行中以接近震动的频率不断吸入空气(运行中阀口在打开状态没有压力水漏水现象)。 综合上述现场调查,经实践排查和理论分析,管道局部微量弯曲、机组运行震动传递、流量等因素均不可能是引起顶部管道剧震的根本原因,震动应是由管道顶部间断真空流形成后续水锤造成[1-2]。 3对策 间断真空流形成水锤分析:南乌牛二级站的压力管道末端出水为n型结构
8、,真空破坏阀安装于最顶部。正常情况下真空破坏阀处于关闭状态,在停机时,因管道内水流倒流,会在管道顶部产生真空虹吸,此时真空破坏阀在外界大气压力下打开,破坏管道内真空度,防止水流从出水口虹吸倒流。在实际运行中,当流量为5m3/s时,水流以2.5m/s速度沿管道向末端流动,在末端因n型管道有向下2m的垂直段,此时水流在地球重力的作用下会产生加速,经计算出口流速为2.9m/s。因出口流速的突然加快,会在管道顶部形成真空,从而对n型前端竖直管道靠近顶部的后续水流体产生虹吸加速
