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              武漢金融港應急排澇泵站工程關鍵技術研究

              發表時間:2021.12.03 12:31

              來源:泵友圈

              173

              摘要:中國南方地區汛期暴雨引發城市內澇的問題越來越突出,引起了社會的廣泛關注和政府部門的高度重視,本文結合武漢金融港應急排澇泵站工程的施工經驗,對豎井式貫流泵泵站工程的土建施工和設備安裝施工關鍵技術進行總結。


              關鍵詞:豎井式貫流泵;鋼套筒;安裝與調試;CFD優化與模型試驗


              1. 前言

              目前,我國綜合實力不斷提升,城市化進程不斷往前推進,房地產開發由市中心向郊區逐步發展,人口由周邊城市向一線城市集中,相比之下,城市管網、城市交通等市政基礎設施建設滯后的問題逐步暴露出來,特別是地下排水管網跟不上人口規模的發展。


              因汛期雨量過大導致城市內澇的問題越來越突出,因內澇給保險公司、金融機構等商業企業帶來的損失越來越大,如何在汛期有效、及時地排除城市滯水的問題亟待解決,低揚程應急排澇泵站在城市排澇、防洪減災中發揮著越來越重要的作用。


              應急排澇泵站工程必須在汛期來臨之前發揮排澇作用,施工工期緊、任務重、在短時間內要完成泵站土建工程和設備安裝工程,需要做好周密的施工組織,采用先進的施工技術,優化施工方案,以保證項目建設質量和建設進度,充分發揮泵站工程的應急排澇泵站的效果。


              本文結合武漢金融港應急排澇泵站工程的實際經驗,對泵站土建施工和設備安裝施工技術進行探討。


              金融港泵站主要服務于金融港地區光谷大道干管排水系統及濱湖路沿線局部地塊排水,總的匯水面積約為9.2km2。金融港泵站作為金融港地區應急排澇泵站,是金融港區域超標滯水的排除設施,泵站選址位于秀湖南側,濱湖路以北,濱湖路規劃公交首末站以東,現狀秀湖明渠以西,面積約8942m2。


              泵站用地地勢低洼,平均地面高程約18.2~20.2m。南側濱湖路為現狀路,現狀路面高程約20.6m。金融港應急排澇泵站設計流量為Q=40m3/s,工程內容主要有豎井式貫流泵站1座,配套閘門5 座,濱湖路雨水截流管(d1200~d2000mm)長約1.8km,沿湖綠道L=2.1km及金融港泵站北側洼地清淤等。從2017年9月開始進行場地清理,至2018年9月完成泵站土建施工和設備的安裝調試工作。


              2. 總體施工思路

              工程總體施工思路為以泵站主體結構施工為主線,優先施工泵房,管理房、閘門、管線施工穿插進行。施工前按照交通疏解要求首先進行場地圍蔽,依次進行泵站圍護結構施工、支撐開挖施工、墊層、主體結構(泵站及管道)、機電安裝、二次結構、土方回填、道路景觀施工等,綜合管理樓、閘門在具備施工條件時適時施作。


              3. 淤泥質粘土地質條件下的鉆孔灌注樁施工技術

              本工程范圍包括泵站主體結構、二孔箱涵、五孔箱涵、雨水管道、閘門等的施工,地質情況主要為淤泥、淤泥質粘土,含水量大、流動性強,基礎主要采用鉆孔灌注樁基礎,樁基直徑為0.8m~1.0m,樁基共489根,工期緊任務重,樁基施工直接制約著工期,為了加快進度,確保樁基的施工質量,項目技術人員進行了淤泥質粘土地質條件下鉆孔灌注樁施工技術研究,確定采用長鋼護筒輔助施工措施。

              施工要點如下:進行旋挖鉆作業時,護筒的長度穿過淤泥層,防止鉆進時出現塌孔現象,根據現場實際情況,采取12m長護筒(壁厚15mm),為了保證樁徑及成樁質量,φ800的樁用φ1000的護筒,φ1000的樁用φ1200的護筒。此方法樁基施工操作簡單,施工快速,能夠確保施工質量,且能減少對地下水的污染,大大的提高工作效率。


              4. 流道CFD優化與模型試驗

              武漢金融港泵站采用豎井式貫流泵[1],單泵流量10m3/s,共4臺(一期2臺),總流量40m3/s。為保證工程的可靠性和安全性,委托了揚州大學進行進出水流道CFD水力優化和水泵裝置模型試驗。


              4.1 進出水流道CFD優化

              隨著計算機技術的發展和計算方法的改進,先進的計算機數值性能預測研究工具-CFD(計算流體動力學)技術成為水泵水力優化的主流[2],武漢金融港應急排澇泵站工程采用CFD計算技術和模型試驗技術相結合的方法[3] ,依據實際工程控制尺寸對進、出水流道進行多方案的優化比較,提出最優方案,給出流道單線圖及斷面尺寸圖。

              依據 CFD 計算結果對泵裝置在特征工況下運行時,進水流道、出水流道的水力損失等定量指標及內部三維流線進行分析,同時根據數值計算結果,對豎井貫流泵裝置的能量性能進行定量預測,以此為水泵裝置研制提供理論依據。

              以金融港應急排澇泵站工程豎井貫流泵裝置大流量到小流量不同的工況作為優化的基礎。豎井進水流道、直管出水流道和出水涵洞在UG中進行參數化建模,進出水流道模型,見圖1和圖2所示。



              圖1 豎井進水流道圖



              圖2 直管出水流道圖


              通過豎井式貫流泵裝置CFD數值計算結果表明,優化設計的的進水流道內部流速均勻度較高,泵裝置整體效率較高,出水流道水力損失較小,壓力遞變均勻,水流擴散較為合理,經優化的方案整體泵內部裝置流線圖,如圖3所示。



              圖3 整體泵內部裝置流線圖


              根據豎井式貫流泵CFD計算,確定了整體泵裝置進出水流道單線圖,如圖4所示。



              圖4 整體泵裝置進出水流道單線圖(單位:mm)


              4.2水泵裝置模型試驗

              為驗證進出水流道CFD優化設計結果,從而更準確地掌握武漢金融港應急排澇泵站豎井貫流泵裝置的能量性能、空化性能和飛逸特性等水力性能,確保泵站安全可靠運行并高效地發揮經濟、社會效益,模型試驗于2017年11-12月在揚州大學流體動力工程實驗室高精度水力機械試驗臺進行,試驗臺為立式封閉循環系統,如圖5所示。

              試驗臺水力封閉循環系統的總長度為60m,管道直徑為 0.5m,僅在安裝電磁流量計的前后10倍直管段為直徑 0.4m 管道,整個系統水體積為 50m3。



              圖5 高精度水力機械試驗臺


              在優化進、出水流道的基礎上,制作模型泵裝置并進行了模型試驗,獲得了金融港應急排澇泵站水泵模型裝置的能量、汽蝕、飛逸特性試驗數據。武漢金融剛泵站裝置綜合性能曲線,如圖6所示。



              圖6 武漢金融港泵站裝置綜合性能曲線(原型)


              通過裝置試驗,得出以下結論:

              (1)能量試驗結果表明,泵裝置在葉片安放角0度下,模型泵裝置揚程為1.5m時,流量為281.25 L/s,泵裝置效率達到75%;對應原型泵裝置揚程1.5m 時,流量為12.5 m3/s,滿足金融港泵站設計凈揚程1.20m時的流量要求。模型泵最大運行揚程超過3.6m,滿足金融港泵站最大凈揚程2.65m的運行要求。

              (2)汽蝕試驗結果表明,原型泵裝置在葉片安放角0度下,設計揚程工況臨界必需汽蝕余量在7m以內。

              (3)試驗結果表明,豎井進水流道內流態穩定,無漩渦產生,水泵運行平穩;進水流道水力損失較小,泵裝置效率較高,高效區較寬,滿足要求。

              (4)葉片安放角0度下,最高凈揚程2.65 m時,原型泵最大飛逸轉速是水泵額定轉速的1.51 倍。葉片安放角越小,單位飛逸轉速越高。

              (5)考慮泵站出口有較長的涵洞,為確保泵裝置最大運行揚程不低于3.90m,可將原型泵轉速提高到178r/min。


              5. 主水泵、主電機及齒輪箱的安裝技術

              5.1安裝前準備工作

              (1)機組安裝中心線及高程控制線的測放

              機組安裝中心線是根據土建工程機組中心位置的控制線引至主機層,用彈線的方法,將中心線彈在主機層的地面上。

              安裝高程控制線是由指定的高程基準點測放到廠房機組兩側的墻壁上,每臺機組兩側各測一點。各部位安裝高程就以此點為高程標準控制點。


              (2)預埋部位二期砼表面打糙及中心、高程的修正,基礎可調墊鐵的部位砼表面打平整,調整鐵放置后水平,保證底平面與砼有70%以上的接觸面,高程略偏低2mm左右。


              (3)設備出廠及到場驗收

              協助監理進行設備的出廠前驗收,主設備進場后,配合監理對設備進行開箱檢驗。檢查運輸過程中各項設備有無損傷,對照設備圖紙及裝箱單清點,將緊固件、密封件及裝箱部件入庫保管,發現問題及時向監理匯報。開箱檢查后的電機設備妥善保存,做到防雨,防潮,防盜。


              (4)檢查清理

              設備安裝前,根據有關規定和圖紙、資料,對設備進行全面的檢查,以確定合同規定的各項設備是否完整和完好;各施工圖紙和所需的資料是否齊全;預留鋼鋼筋的位置和數量是否符合圖紙要求。對上述檢查如發現有缺件、部件的損壞等情況,書面報監理,并按圖紙和資料的要求進行修復或其他處理。設備安裝前,按圖紙和資料的有關規定,對設備進行必要的清理和保養。


              (5)埋設件等的安裝

              埋設件:相互協調,明確分工,保證不漏埋、錯埋。埋設件滿足施工圖紙和制造廠的規定,埋實填設件外二期混凝土。

              埋設件保管:對埋設件的管道、設備、零件,妥善保管,防止銹蝕和損壞,不沾有影響粘接強度的污物(如油脂等)。

              埋設件監護:澆筑混凝土的過程中,派專人監護,以保證埋設件的數量和位置的準確。

              混凝土強度:基礎二期混凝土在未達到設計強度50%以前,不允許在機組上拆卸重件和進行撞擊性工作;在未達到設計強度的80%以前,不放置重物,不擰緊地腳螺栓和啟動機組。


              5.2 主水泵的安裝與調試

              (1)將前錐管、葉輪外殼和導體在泵房內組裝[4] 。

              (2)將組裝件吊入機坑放在基礎支墩上就位,墊好調整塊,穿好地腳螺栓,調整高程水平,臨時固定。

              (3)找正水泵中心線和葉輪中心線。

              (4)以水泵中心線和葉輪中心線為基礎,找正葉輪外殼、導葉體的中心。

              (5)將前錐管、葉輪外殼和導葉體的上部分打開,將導軸承安裝在導葉體內,推力軸承安裝就位。

              (6)調整并找正葉輪外殼、導軸承、推力軸承三者之間的同心,偏差控制在0.1mm之內。

              (7)澆注地腳螺栓二期混凝土,待達到強度要求后,擰緊地腳螺栓,并復查再找正,直至達到要求。

              (8)將泵軸部件吊入電機坑,從填料密封孔中穿過伸入泵體內,擱在導軸承及推力軸承上就位,調整軸向位置及中心。

              (9)轉輪部件與泵軸部件進行組裝,盤車測量擺度。泵體部件上半部分復位,測量葉片與外殼的間隙。

              (10)水管路進行清洗與耐壓試驗,各接頭處不泄漏。

              (11)操作、控制、保護和指示裝置進行模擬試驗,動作準確可靠。


              5.3 主電機的安裝與調試

              (1)主電機的安裝方法及安裝程序及其調試按照設備承包商提供的安裝說明書以及《泵站設備安裝及驗收規范》(SL317-2015)的有關規定,并在設備承包商的技術指導人員的指導下進行。

              (2)主電機的安裝一般以安裝好的齒輪箱為基準,調整電動機軸與齒輪箱的同心度及軸向位置,其同軸度偏差不大于0.1mm。

              (3)電動機測溫裝置的安裝符合下列規定:

              a)測溫裝置進行檢查,其標號一致。

              b)各溫度裝飾值予以校核,并無異?,F象。

              c)總絕緣電阻一般不小于0.5MΩ。

              (4)主電機的試驗

              a)試驗依據:試驗標準按照《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》(GB 50150-2016)執行。

              b)試驗項目:測量繞組的絕緣電阻和吸收比;測量繞組的直流電組;檢查定子繞組的極性及其連線的正確性;定子繞組的交流耐壓試驗。

              c)主要試驗設備:2500V絕緣電阻表、QJ44型電橋、成套交流耐壓試驗設備


              5.4 齒輪箱的安裝與調試

              (1)齒輪箱的安裝方法及安裝程序及其調試按照設備承包商提供的安裝說明書的有關規定,并在設備承包商的指導人員的指導下進行。

              (2)齒輪箱的安裝以安裝好的水泵為基準,調整齒輪箱軸與水泵軸的同軸度及軸向位置,其同軸度偏差不大于0.1mm。

              (3)齒輪箱測溫裝置的安裝符合下列規定:

              a)測溫裝置應進行檢查,其標號一致。

              b)各溫度指示值予以校核,并無異?,F象。

              c)總絕緣電阻一般不小于0.5MΩ。


              6. 結束語

              武漢金融港應急排澇泵站工程2018年9月具備通水條件,有力地緩解金融港地區的排澇壓力。技術人員在武漢金融港應急排澇泵站工程中的不斷創新的經驗,為同類工程的實施提供了方法和借鑒。


              參考文獻

              [1] 張仁田.不同型式貫流式水泵特點及在南水北調工程的應用.中國水利.2005(000)

              [2] 金燕,劉超.貫流泵裝置的研究進展和應用[J].水泵技術,2009(4)

              [3] 成立,薛堅.CFD技術在泵裝置水力優化設計中的應用[J].南水北調與水利科技,2007,5(3)

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