图3-1 井筒式潜水电泵的安装方式
(a)井筒悬吊安装形式 （b)井筒弯管安装形式 （c)井筒落地安装形式 (d)井筒开敞安装形式
（优先用于低扬程电泵安装）
图3-2 带钟型进水流道的井筒式潜水电泵装置
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第三章 泵 站 工 程 |
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| 第一节 水泵的超常运行 | ||
| 第二节 电动机的修复与改造 | ||
| 第三节 泵站及辅助设备 | ||
| 第四节 潜水电泵及紧急排水新技术 |
平原湖区轴流泵站通常在外洪、内涝的情况下运行，尽管在设计时一些泵站对在某些不利工况下运行进行过校核，但由于受水环境变化的影响，沿江和湖泊的河床逐年淤高，泵站内、外水位变幅较大，特别是特大洪水期间外江水位居高不下，泵站的扬程超出其设计使用范围，泵站被迫停机，甚至损坏。
解决上述问题，可根据各泵站实际情况，分别采取措施。
1.调节叶片安装角
目前，国产轴流泵口径在300mm以上的，叶片角度可以调节。调节叶片安装角在一定程度上扩大了泵的使用范围，当泵站扬程增高时，可减小叶片安装角，适当减小出水量，以满足水泵在高扬程情况下正常运行的要求。
目前国内数量较大、分布较广，口径在1m以下的中小型轴流泵站(一般由乡镇管理)，由于技术力量薄弱，加上调角费时费力(半调)。因此，泵站自投入运转后，很少根据运行条件的变化对泵的正常运行范围进行复核和调节，结果造成能源浪费，泵站发挥不了正常效益。因此，建议加强技术指导，特别是对那些使用不当、扬程超过正常使用范围的泵站，应根据新的运行条件，仔细复核水泵工况，提出相应的技术措施。按照经济、有效的使用原则，一般只有当调角不能满足新的运行要求时，才考虑其它的技术改造方案。
2.换泵
如果将叶片角度调至最小仍不能满足高扬程的长期运行要求，则可考虑更换成高扬程的水泵，如比转数较低的轴流泵或导叶式混流泵等。
更换水泵通常是一种比较省事的办法，但对大中型水泵，要考虑机组配套和流道匹配等因素，因此工程投资较大，机组设备费用较高。另外，在同流量下由于泵的扬程高，泵汽蚀及水力振动的可能性增大，特别是与进、出水流道之间的水力配合问题往往成为换泵的主要矛盾。因此，在原有泵站水工基础上采用换泵的办法来解决高扬程问题，不仅代价较高，而且技术上较复杂，因而一般只适用于中小型轴流泵站。另外，换泵时不仅要考虑在最高扬程时泵站能够安全运行，而且也应该尽可能使泵站能在多年运行中的平均效率较高，对于最高扬程与平均扬程相差甚大的泵站应该充分考虑这一点。
3.改换叶轮
改换叶轮与换泵优缺点大致相同。不过，改换叶轮仅涉及到泵内的某一部件，因而改造投资可大量节省，通常适用于大中型轴流泵站的修复与技术改造。
解决超高扬程问题，必须将泵的现有叶轮更换成比转数较低的轴流式叶轮(在功率不变的条件下，增大扬程，减小流量)。由于将叶轮的扬程提高，叶轮出口的速度或动量矩环量增大，因而要求出口导叶的扩压、消旋功能更强。目前国内叶轮直径2.8m及以上的大型立式轴流泵，导叶固定在出口流道的钢筋混凝土中，因而在改叶轮时更换导叶相当困难。由轴流泵的工作原理可知，叶轮扬程提高后，导叶进口水流的绝对液流角(导叶进口安装角)α3减小，导叶的曲率θ增大。如不换导叶，在同一流量下，水流必将在导叶进口的背面形成旋涡区，从而引起泵的效率降低，出口压力脉动，因此在更换改型叶轮时最好也更换导叶。对更换导叶有困难的，最好与有关研究单位合作，在现有装置条件下尽力寻求改善措施，最终改造方案应该通过模型试验来确定。
4.提高水泵转速
由相似定律得知，提高水泵转速，可增大泵的流量和扬程，但水泵的轴功率增加，动力机需要增容。对超高扬程的泵站，采用这种方法的关键在于增速方式及变速设备的选择。对小型排灌泵站，由于机组较小，变速容易实现(如调节内燃机进油量，改变皮带轮直径等)。对以交流电动机为动力的，可调节同步转速(分无级的变频调速和有级的变频调速)，或调节转差率(适用于异步电动机，分调节电机定子电压、改变串入绕线式电机转子电路的附加电阻等)两种调节方式。前者属于节能型，后者属于耗能型。对大中型农用泵站，由于机组容量较大，调速设备较贵，因而使用受到一定限制。
但是，近几年来结合水泵增速及电动机改造需要，武汉水利电力大学泵及泵站教研室的有关专家主张在更换老化电机线圈的同时，实现增容和调速两项功能。即在进行老化电机改造时，通过减薄绝缘层厚度，加大绕组导线截面，在原电机结构不变的条件下，提高电机功率；同时，采用“丢极”的办法提高电机转速，以适应高扬程时泵站的运行需要。
水泵增速后带来的新问题，可能有汽蚀、机组结构强度、轴承寿命以及临界转速的校验等问题。水泵增速还可能使进水流道流态变化，使水泵进口处的流速和压力分布不均匀，从而加剧机组振动。采用这种改造方案，建议与有关研究单位和水泵、电机的生产厂家一道，根据泵站具体情况，商定具体改造方案。
二、水泵的超功率运行
在特大洪涝灾害发生时，特别需要泵站在超高扬程下尽可能地加大水泵流量。这时往往使水泵的轴功率大大超过额定轴功率，致使配套动力机超载损伤。解决水泵超功率问题的常用方法有减小叶片安装角、降低水泵转速、更换功率较大的动力机、电机增容改造等。
1.减小叶片安装角
当水泵在高扬程运行时，减小叶片安装角可以有效地降低水泵轴功率，避免机组超载；同样道理，当水泵在大流量工况运行且机组长时间过负荷时，也应将叶片角度调小，以保证机组的安全和正常运转。将叶片角度调小，带来的负面影响是泵的流量减小，因此它比较适用于出现高扬程大流量工况运行时间不长、叶片角度全调的大中型立式轴流泵站。对叶片为半调的中小型泵站，如果因扬程偏高，动力机功率不够用，为了节省改造费用，也可将叶片安装角长期固定在较小的位置。
2.降低动力机转速
通常只适用于变速容易实现的中小型机组。对大型机组，由于变速设备昂贵，一般很少采用。
3.更换功率较大的动力机
与降速类似，一般只适用于中小型机组，对大型电机，除非确需增容和更新(如老化和损坏严重，修复不如新买)，否则，一般应尽可能不采用，以免造成不必要的花费。
4.电机增容改造
结合电机老化改造，采用新材料、新工艺，提高原电机的额定功率。以28CJ56型轴流泵配套的1600kW同步电机改造为例，若仅更换老化线圈，电机额定功率可提高到1800kW，功率提高幅度为12.5%。如同时更换电机的某些部件，如改造定子外壳及铁芯、转子大轴、磁轭、铸钢体、铁芯、推力头、镜板及导瓦等，电机额定功率可达2200kW左右，功率最大提高幅度为37.5%。从电机增容改造的实践来看，该法是成功的，因此它是目前解决水泵超载问题很有推广价值的重要技术措施之一。
5.其它技术措施
解决水泵短时间过载问题，还可采用一些既经济、又实用的临时措施，如泵站运行避开外江水位的高峰期，水泵运行时在叶轮进口放入少量的空气等。
三、加大水泵流量运行
考虑排涝泵站自身的特点，设法加大泵站抢排流量对减小排区经济损失意义重大。对已建泵站，增大流量的办法除增加抢排时间外，主要是加大叶片安装角和提高水泵转速。
加大叶片安装角是指在电机功率允许的范围内，尽可能地调大叶片角度，使机组满负荷运行，以便使泵站在较短的时间内能排除更多的积水。但是，这种运行方式常常受到外江高水位的限制，亦即高扬程与大流量矛盾，机组容量无法适应。
为解决上述矛盾，同时满足水泵在高、低扬程时安全、正常、高效运转的客观需要，结合老化电机的增容改造，采用丢极式的变极方法将电机构成两档转速，是值得研究和推广的一种好方法。
仍以与28CJ56型泵配套的1600kW同步电机改造为例，该电机额定转速为150r/min(40极)，若采用丢极式的变极方法增速，为获得旋转各向稳定的磁拉力效应，在圆周均匀地丢掉4个磁极，即丢极后的36极电机转速变为166.7r/min，它比原40极时的转速提高了11.1%。当水泵在该转速档运行时，不仅可使泵的扬程达到10m，而且流量比调角时增大了许多。当电机功率增大到2000kW、水泵在5.6m扬程运行时，可将叶片角度调到+8°，单泵流量可达28.2m3/s ，与电机增容前相比(叶片角度为+2°)，流量增加了6.2m3/s，效率提高了1.4%(水泵高效区位于+8°)。此时对于安装10台水泵的泵站共增加流量62m3/s，相当增加了一座8台口径1.6m水泵的泵站。
用提高转速的办法来增大泵的扬程和流量，可能存在的主要问题是水泵汽蚀及叶轮进口流态的稳定性受影响等。在采用该方案时，一般应根据装置情况，对泵的汽蚀条件进行复核，当增速后泵的汽蚀条件不能满足要求时，可采用其它措施协同解决，如采取措施改善前池进水流态；在叶轮进口加装前置导轮等。
四、轴流泵叶轮淹深不足及改善叶轮进口流态
由于水环境变化，前池水位降低，或由于叶轮安装过高，水泵无法在较低的前池水位下工作，这些都属于叶轮淹深不足问题。此外，一些泵站在实际运行中碰到的新问题，对叶轮淹深提出了超常要求。例如，因排灌标准提高，要求水泵在前池尽可能低的水位下也能正常运行(如降低内湖调蓄水位，增大调蓄水量，提高泵站排涝标准；又如降低排区地下水位，旱季提水灌溉等)。另一方面，轴流泵由于流量大，对进口流态的稳定性要求高，如与之配套的进水建筑物设计不良，或因外部环境和工作条件变化太大，都会破坏叶轮进口正常的流动条件，从而给泵站的安全和经济运行带来许多难以解决的问题，如汽蚀，水力振动和噪音，泵的工作效率低，流量扬程达不到样本规定的正常要求等。
为解决上述问题，最近几年由武汉水利电力大学泵及泵站研究室提出在轴流泵叶轮(以下称主叶轮)进口加装前置导轮。前置导轮是一种负荷较轻、结构特殊的轴流式叶轮，它与主叶轮同轴旋转，专为其进口水流提供能量。由于导轮安装的位置较低(对立式)，加上结构特殊，导轮本身具有很强的抗汽蚀特征，因而在一定程度上可解决水泵汽蚀及叶轮淹深不足问题。与此同时，由于导轮能强制地改善主叶轮进口流态，使其断面的流速和压力分布得以调整，从而可望消除因流态不良带来的水力振动、性能质量不高等种种问题。
导轮可由3～4枚螺旋形叶片和流线形的轮毂组成，它与主叶轮只需靠两轮的轮毂边壁用螺钉连接，而不破坏原泵和机组结构。对大型立式轴流泵，为减轻导轮重量(以改善机组受力条件)，导轮可采用轻质材料，如铝合金、玻璃钢等。理论分析及有关试验表明，这种方法技术上完全可行，其效果已在国内某28ZLB-70型轴流泵站的现场试验中得到初步验证。由于该法技术上不复杂，改造费用低，实施较容易，因而特别推荐各地进一步研究和尝试。
五、水泵机组振动及其减振措施
在大洪水中，因水泵机组振动现象严重而被迫停机造成“关门淹”的情况较为普遍。有的泵站超常运行时的剧烈振动振破了泵房的玻璃。
根据干扰力的不同，可将水泵机组振动分为水力振动、机械振动和电磁振动等三大类，生产实际中振动是不可避免的，不同类型的水泵机组振动总是同时产生，不可能把它们截然分开。诱发这些振动的直接因素也是各不相同的。大洪水时水泵机组的超常剧烈振动的主要干扰力源是水力不平衡，应根据当时的实际情况正确分析原因，抓住主要矛盾切实采取有效的减振措施。
1.外江洪水位超高，泵站需要扬程加大，水泵工作在拐点附近的马鞍形不稳定区域。这种振动的主要特征是不稳定和瞬间内的周期性反复。如果这种循环的频率与系统的振荡频率合拍，就有可能诱发共振而造成更严重的破坏，其减振措施主要有：
(1)清除局部堵塞，疏通引水、进水和出水等过流通道，一方面改善流态，另一方面尽可能地降低泵站的需要扬程。
(2)对于全调节水泵可通过改变叶片角度，调小或加大叶片角度都有可能使水泵工作避开拐点。调小叶片角度时还可以改善水泵的Q～H性能曲线，缩小不稳定工作区。
(3)在可能的条件下采用变速调节的方法，改变水泵的工作点至稳定工作区域。
(4)中小型水泵可设置旁道管或旁泄阀，控制水泵出口的流量不小于不稳定工作流量。
2.外江洪水位超高，有的甚至超高2～3米，在这种情况下启动水泵，其出水流道中的空气难以排出，水流的挟气能力也大大降低。空气的反复压缩膨胀，引起压力脉动，诱发机组振动, 严重时机组将无法起动。可针对实际工程情况，采取疏导、改进或增设出水流道的排气设施，提高排气速度和挟气能力，尽量缩短起动过程。
3.前池水位过低，改变了进水流态，形成进水挟带表面旋涡和附壁涡带，进入叶轮工作室后被叶片切割而引发振动，其频率与叶片数成正比，且常伴有较大的噪音。通常可采用导流、设置隔板等应急措施来有效减振。
4.外江洪水波动较大，出水流态紊乱，波浪压力波反射入出水流道而引发机组振动，应积极采取有效实用的出口防浪减波和稳流措施。
5.内涝水(有可能漫过拦污栅)冲挟异物，进入流道乃至叶轮工作室，造成局部堵塞，形成不对称流场，在引发水力振动的同时还有可能加剧弓状回旋机械振动。及时发现彻底清污，即可有效减振。
6.由于水泵工作点远离正常工作范围，泵本身的必需汽蚀余量Δhr超常增大，或者由于进水流态的恶化而产生汽蚀，引起水泵机组的振动。汽蚀振动的频率较高，每秒可达几万次，并伴随发生强烈的噪声，有关减振措施如下：
(1)采用变角，变速或旁通的方法来调节水泵工况，降低水泵的必需汽蚀余量Δhr，避开汽蚀工况点。
(2)采取切实可行的导流，隔水等措施来改善进水流态。
(3)可考虑把泵出水管(或流道)中的有压水引入进水管(或流道)，也可另设加压泵装置，用喷咀做环形混合器，以提高泵进口的压力，来消除或减轻汽蚀及其振动，对小泵可用一个喷咀，对大泵可考虑用多个喷咀。混合段的长度，喷咀的位置的以及喷入的流量，应根据引水压力、增压水头、喷咀口流速、主流速度及喷咀个数等因素合理确定。
(4)在水泵进口补入(0.4～1%)的气体(以体积流量计算)可大大降低水泵汽蚀强度，使剥蚀，噪音和振动明显减弱。具体的补气方式和位置，应根据汽蚀现象的不同及有关工程经验确定。 5. 若有条件，可考虑在轴流泵主叶轮前设置导轮，一方面可以整流，另一方面能够为主叶轮进口提供能量，改善其汽蚀性能，消除或减小汽蚀振动。
7.内涝水挟带的异物，被堵塞吸附在旋转叶轮上，除了会引起前述的流场不对称水力振动外，还将会破坏转子的静和动平衡，出现由机械不平衡干扰力引发机械振动的现象。停泵部分水体倒流回冲后再开机，振动将会大大减弱。
8.在长期外洪内涝的作用下，泵房若是出现不均匀沉陷，它的倾斜有可能会引发因叶轮间隙不均匀而产生的流场不对称水力振动；因导轴承间隙不均匀而产生的干摩擦和振摆等机械振动，和因空气间隙不均匀而产生的电磁拉力不平衡振动等。相应的减振措施有：
(1)泵站主厂房的纠偏，见本章第三节。
(2)对于大型立式轴流泵机组，可在允许调整范围内，以进水流道为基准重新测量调整机组固定部件的垂直同心度、水平度，转子的垂直度、摆度、中心，电机的磁场中心以及轴承间隙，叶片间隙和空气间隙等。
9.目前大部分泵站工程存在较为严重的老化问题，在这种情况下，长期受洪涝的影响，可能会因绝缘破坏等原因造成转子绕组短路等故障而出现电磁拉力不平衡振动。确认后即可采取相应的修复措施。
六、水泵机组遭浸泡后的及时修复
水泵机组遭浸泡后的修复是一项十分紧迫而又艰巨复杂的技术工作。应根据受淹的程度、浸泡的时间和机组的状况等实际情况，在全面检查的基础上，有目的、有对象和有准备地及时进行，除了电机的绝缘处理等工作外，应把主轴、轴承和轴封等部件的修复作为重点工作对待。
(一)厂房、机组的全面检查
1. 检查厂房沉陷，并通过与原始数据对照，以确定机组的水平，轴线等是否需要进行调整。
2. 检查摆度，一般只需用千分表检查大轴连接法兰处的摆度，对照原始记录，确定摆度是否在增大。
3. 检查润滑油质和油位。
4. 检查机组紧固件，检查是否有松动和锈蚀等现象，并作相应处理。
5. 检查主轴连接、密封情况以及轴颈处的锈蚀情况。
6. 检查推力轴承及各导轴承的受力、间隙及存泥沉沙和锈蚀等情况。
7. 检查轴封填料的存泥沉沙，腐烂程度及其密封的可靠程度。
8. 检查叶轮间隙及空气间隙，若有较大的变化应分析原因并作相应处理。另外对于液压全调节水泵机组，还应进行叶片调角机构的检查，检查浸水及密封状况。辅机系统的检查和修复工作也应及时跟上。在全面检查工作的基础上，确定相应的修复对象和具体方法。需要拆卸时应尽量少拆，避免盲目乱拆。遵循先外后内，先上后下，先部件后零件的原则进行。
(二) 主轴的修复
除锈清洗后，测量轴颈处的锈蚀和磨损量，若磨损很小，只需对锈蚀进行磨削处理，恢复其光洁度的要求。磨削时应采用细砂轮，同时用皂化液作冷却剂和润滑剂。也可用金刚砂布加机油研磨，土法抛光。若磨损量较大，如橡胶轴承的轴颈，单侧偏磨值大于0.5mm，则要对轴颈进行处理，其处理方法有喷镀、镶套和堆焊等。恢复尺寸后再进行切削和研磨。
(三) 轴承的修复
1.清洗
(1)初洗也称粗洗，主要是清除泥沙、油污和锈斑等。
(2)细洗也称油洗，是用清洗油将脏物冲掉洗净，清冼油温度不得超过闪点，以防燃烧。
(3)精洗也称净洗，采用清洁的清洗油最后洗净，也可用压缩空气先吹一下再用油洗。
2.轴瓦的修刮和研磨
将轴瓦扣合在镜板或轴颈上，反复对轴瓦面进行研磨，并用刮刀修刮高亮点、挑花及修刮进油边、油槽并倒角，橡胶水导轴承一般不需要修刮。
3.复装就位
电机的上导轴承结合转子定中心就位，推力轴承要结合转子的盘水平和磁场中心就位。就位后还要调整导轴承的间隙以及推力轴承的受力。
水导橡胶轴承就位前先将支承面清扫干净，放好止水橡胶绳，检查轴窝内有无杂物，擦净主轴轴颈表面，并涂上一层蓖麻油，然后进行安装轴瓦，调整间隙。
4. 滚动轴承的清洗与安装
(1)清洗和检查。清洗前先将轴承中的泥沙和脏润滑油挖出，然后将轴承放在热机油中使残油溶化，再用煤油冲洗，最后用汽油洗净，并用白布擦干。清洗之后要进行下列项目的检查：
a.轴承转动是否灵活，有无卡滞现象；
b.轴承间隙是否适当；
c.轴承内外圈、滚动体等部件是否有碰伤、锈蚀、毛刺和裂纹；
d.用内径千分尺测量轴承的圆度和圆柱度，检查轴颈圆角是否与轴承内圈相符合。
(2)安装与调整。滚动轴承的安装方法与轴承的结构、尺寸大小和轴承部件的配合性质有关。安装时的装配压力应直接加在待与配合的套圈端面上，严禁借助滚动体传递压力。安装轴承采用的工具和方法可根据配合过盈量的大小确定。过盈量较小时可采用手锤将轴承轻轻打入轴承体；过盈量较大时应当用压力机压入，也可采用热套法，将轴承放在80～100℃的油锅中加热后再进行安装，还可使用冷却的方法，但轴温不得低于-80℃。
滚动轴承的间隙分为径向间隙和轴向间隙二种，间隙用来保证滚动体的正常运转，润滑以及补偿热伸长，它对于轴承的工作性能和使用寿命有很大的影响，应当按有关技术文件的要求进行检查和调整。
(四)轴封的修复
拆洗填料盒、水封环、压盖和底衬，疏通水封管更换填料。安装填料时接口为斜面且每圈要错开120°。压紧填料时松紧要适当，一般控制有压密封水从填料中漏出30～60滴/分钟为宜。
第二节 电动机的修复与改造 电动机是泵站工程中最主要的动力设备之一，其能否安全运行直接关系到泵站工程的效益和寿命。灾区泵站在灾后恢复生产中所面临的主要问题有：一、电动机的防潮及烘烤
由于泵站一般多建在低洼易涝地区，在通风不良，阴雨连绵的情况下极易受潮，甚至遭受淹浸。电动机一旦受潮，当全电压加于受潮电动机内的线圈，很容易引起绕组线圈的击穿而烧毁电动机。所以，即使过去曾经干燥良好的电动机，长期停用后，在启动合闸通入全电压电流之前，必须严格检查绕组线圈的受潮程度。
最常用的检查方法是用高阻计(即摇表)测量绝缘电阻和吸收比(即绝缘电阻R在60秒钟与15秒钟时的比值R60/R15)。电动机绕组的绝缘电阻涉及诸多因素，实践中一般可采用下列标准：电动机定子绕组绝缘电阻值每1千伏工作电压不低于1兆欧；转子绕组绝缘电阻值不低于0.5兆欧。通常500伏以下的电动机定子绕组绝缘电阻值不低于0.5兆欧。1000伏以上电动机都必须测量吸收此，其值按规定应为：
R60/R15≥1.3
若不能达到这个要求，就要对电动机进行干燥处理。
电动机干燥处理常用的方法有外部干燥法，电流干燥法和两者同时进行的联合干燥法。
(一)外部干燥
即利用外部热源进行干燥处理，常用的措施有：
1.吹送热风：利用加装电热器的鼓风机进行吹送热风以达到干燥处理的目的；
2.灯泡烘烤：在密闭箱内，利用数个200瓦左右的灯泡进行烘烤，既可在电动机周围进行烘烤，也可把电动机拆开，将灯泡放在定子孔内进行烘烤。烘烤热源也可采用红外线灯泡或红外线热电管。
需要指出的是烘烤温度不要过热，特别是电动机定子孔内烘烤，温度过高容易引起绕组的损伤。有条件的场合可结合恒温控制技术进行烘烤。烘烤温度控制在不超过125℃为宜。
(二)电流干燥
也称内部干燥法或短路干燥法。可根据电动机的阻抗和电源的大小将电动机三相绕组串联或并联，然后接入一可变电阻器，调整电流至额定电流值的60%左右，通电进行干燥。 需要注意的是：被水浸泡的电动机不能采用电流干燥法，应采用外部干燥法，或先采用外部干燥法至安全范围后，再结合采用电流干燥法。
二、电动机的振动与噪音处理
电动机正常运行是均衡平稳的，若发生剧烈振动或出现异常噪音则说明有运行故障。轻则影响正常运行，缩短设备寿命；重则烧毁电动机，严重时会危及整个泵房安全。故一旦出现故障，应立即切断电源，停止运行，及时查明分析故障原因，以避免事态进一步扩大，造成更大的损失。必须在查明故障原因和正确处理后，才能继续运行。通常电动机的振幅值不应超过表
3-1列出的允许数值，超过允许数值越大，电动机振动越剧烈。表3-1 通常电动机的允许振幅值
电动机转速 (转/分) |
振幅 (毫米) |
3000 |
0.06 |
1500 |
0.10 |
1000 |
0.13 |
750 |
0.16 |
（1）引起电动机剧烈振动的原因很多，常见电动机剧烈振动的原因及处理方法如表3-2所示。
表3-2 电动机剧烈振动的原因及处理方法
可能原因 |
处理方法 |
(1)安装不良或质量降低 |
检查、校正安装质量 |
(2)轴承锈蚀或磨损 |
调整或更换轴承 |
(3)转子绕组受损，磁性不对称 |
检修转子绕组 |
(4)联轴器松动，不同心 |
检修和校正校轴器 |
（2）电动机异常噪音现象和原因有：①若有巨大的翁翁声，则表示电流过量，这是因超负荷或三相电流不平衡所致，有时也因电源频率瞬间变化而引起的；②若有嘶嘶的响声，则是硅钢片松驰所引起；③若有“咕噜、咕噜”的声音，则是轴承中珠架损坏，在运转中发出的噪音；④当轴承磨损、电机气隙发生变化，则有转子与定子间的不均匀碰磨声，且伴发出异常的焦糊臭味和烟雾；⑤若两相短路则有巨大的响声和弧光，并发出特殊的焦味。
此外，监测电动机的温度也极为重要。根据电动机的类型和绕组所使用的绝缘材料，在运行中不应超过制造厂家对绕组及铁芯规定的最大允许温度和温升，最高允许温度与最大允许温升的关系是：
最高允许温度=最大允许温升+环境空气温度。
三
、电动机的增容改造(一)改造的必要性及意义
当承泄区出现超标准水位时，排涝泵站常会出现以下几种不良情况：
1. 因超水泵扬程而无法正常运行。
2. 因水位超驼峰无法断流，而不得不停机。
3. 水泵虽能满足扬程要求，但因扬程增加导致轴功率上升，使配套电动机超载而不得不停机。
4. 机组虽能继续运行，但受电动机容量限制，水泵被迫只能在小叶片角度和小流量工况下运行，使水泵的提水能力得不到充分的发挥。
对于以上3，4两种情况，如能进行电动机增容技术改造，则可恢复和增加泵站排涝能力，从而加快排涝速度，缩短排涝时间，达到避免和减轻洪涝损失的目的。
(二)增容改造方法
对于不同容量、类型及使用状况的电动机应施以不同的方法进行增容技术改造。
1.大型泵站电机的改造
大型泵站采用的一般都是同步电动机，该类电动机的增容可通过更换电动机绕组的方式实现。自八十年代以来，绝缘材料水平有了很大提高，对于6kw以上的电动机其定子总绝缘不但在整体性能方面有了很大改善，而且厚度也减薄了20%～30%，从而使电动机枢槽内有了更多的空间。因此在电动机换线改造时，可以通过在电动机枢槽内安放更多的导电体，使电动机的额定容量增加。实践表明，上述改造一般可使电动机额定容量增加5%～20%。同时，由于改造后的绝缘等级和允许温升均有一定程度的提高，因此还可相应地增强电动机的过载能力。
2.中小型泵站电动机改造
中小型泵站采用的常为异步电动机，而且型号主要为J系列，JS系列和Y系列等。其中J系列电动机，因能耗高、技术落后，国家已明令予以淘汰，因此对该系列电动机不宜作换线等简单改造，应彻底置换为新型号电动机。但在置换时应全面考虑泵站的运行要求，适当增加新电动机的容量。
对于Y和JS系列电动机，由于其槽满率没有多少余量，因此不能采用更换绕组增放导电体的方式来增容。但对使用时间不长、老化不严重的该系列电动机可采用星形——三角形串联混合连接绕组法增容。即把原有60°相带三相绕组分成二套三相绕组，其中一套采用星形接法，另一套采用三角形接法。两套绕组之间在空间相位上彼此相差30°电角度。绕组星形接线部分的相带中心滞后于三角形接线部分的相带中心30°电角度。实践表明，该改造方法可改善电动机性能，提高绕组系数，使电动机额定容量增加5%～10%。
四、双速电机新技术
由于目前的泵站排涝标准偏低，而承泄区的水位变幅又很大，所以在已建成的泵站中经常出现因超扬程而被迫停机的现象。对于该类泵站的改造，如单纯地以高扬程水泵取代已有的水泵，则虽可解决泵站超扬程问题，但又很可能伴随发生水泵在低扬程下严重偏离高效区，进而引发汽蚀和振动等新的问题。双速电机新技术则是在保留原有水泵的基础上，通过换线将电机改造成具有高、低两档转速的双速电动机。使得机组能够在泵站出现高扬程时，对应以高转速运行，在泵站出现低扬程时，对应以低转速运行，从而能在满足泵站超扬程运行要求的前提下，保证水泵机组长期在高效区内运行。
目前双速电机已在东深供水工程中获得了应用，同时由武汉水利电力大学泵及泵站研究室在水利部农水司的大力支持下，也已完成了将老电机改造成双速电机的研究课题(该项技术现已申报国家专利)，从而为泵站使用双速电机新技术创造了良好的条件。
老电机改造双速电机的方法是将老电机绕组取出，并按原极对数重新嵌套新绕组。在嵌套新绕组时，将新绕组抽头引出，通过该抽头可对新绕组的线圈进行重新组合，以使电机的极对数发生变化，从而使电机具有两个极对数，也即具有了双速功能。
第三节 泵站及辅助设备 一、泵房的倾斜与纠偏处理在洪涝灾害中，由于堤防溃口，水泵超高扬程，电动机超负荷以及外江水位超驼峰原因使得泵站不能正常排水，泵房较长时间浸泡在涝水或渍水中，地基产生湿陷；或由于泵房地基流土管涌遭受渗透变形等因素，都可能导致泵房的倾斜。泵房倾斜有三种基本形态，即单向(纵向或横向)倾斜，双向倾斜和扭曲三种，泵房倾斜引起的直接后果是主轴不垂直，泵站主机组无法运行，闸门等起吊设备也无法正常启闭，因此，需要采用纠偏的方法，或采用纠偏与结构补强结合的办法，对倾斜泵站进行处理。
1.房屋建筑中已使用的纠偏处理方法
泵房纠偏是一项技术难度高，风险大的非常规工程，纠偏能否成功，首先在于根据倾斜建筑物的具体情况、土质条件和倾斜原因等选择合适的方法。目前在房屋建筑中已经使用过的纠偏处理方法可概括为以下几类：
(1)地基土促沉。对建筑物沉降较小一侧的地基土采用某种方法促使其沉降，使倾斜建筑物两侧的沉降差降低至允许的范围内，地基土促沉的方法有掏土(砂)法、沉井冲水排土法、加载法和地基应力解除法等。 (2)地基土限沉。对建筑物沉降较大一侧的地基土采用加固的方法，以限制其继续下沉。限沉纠偏的方法主要有锚杆静压桩法、静压桩法、树根桩法、旋喷桩法、石灰桩法、板桩围护法及灌桩法等。在使用此类方法时应注意不能因“加固”而对原来就较软弱的地基土产生新的扰动，否则将形成新的附加沉降，增大纠偏工作量，甚至造成纠偏困难。
(3)结构物顶升。利用千斤顶将倾斜建筑物沉降较大侧顶升(或侧向顶推)复位，这种方法较适合于如柱子等局部纠偏，整体纠偏时所需费用较大。
(4)基础减压和加强刚度法。通过改变基础结构，以减小和调整建筑物基底压力，最终达到控制和调整地基土不均匀沉降的目的，如将单独基础或条形基础联成整体或将筏式基础改建成箱形基础等。
(5)综合法。根据需要同时或先后采用一种或几种纠偏方法对倾斜建筑物进行纠偏，如加压卸载法(沉降较小侧加载，沉降较大侧卸载)、浸水加压法等。
2.建筑物纠偏处理中广泛采用的地基应力解除法。
(1)地基应力解除法纠偏的基本原理。采用地基应力解除法纠偏，是在倾斜建筑物原沉降较小的一侧布设密集的大直径钻孔排，有计划、有次序、分期分批地在适当的钻孔内适当的深度处掏出适量的软弱淤泥，并配合各种促沉措施，使地基应力在局部范围内得到解除，促使软土向该侧移动，从而增大该侧地基沉降量。与此同时，在原沉降较大一侧则严格保护基土不受扰动，避免纠偏施工中发生附加沉降，最终达到纠偏的预期目标，并兼收限沉效果。
(2)地基应力解除法的施工方法。地基应力解除法纠偏的施工大致可以分为定孔位、钻孔、下套管、掏土、孔内作必要的排水和最终拔管回填等几个阶段。孔位(即孔距选定)按泵房的平面形式、倾斜方向和倾斜率大小、泵房结构特点以及土质埋藏条件而定。钻孔用特制机具钻进，孔径尺寸按有效解除应力的需要，一般采用Φ400mm。孔深及套管埋入深度(即管长)根据掏土部位而定。掏土使用大型麻花钻或大锅锥。掏土次数、数量及各次掏土间隔时间按实测沉降和倾斜资料，结合具体建筑物的施工方案灵活地掌握。孔内排水采用潜水泵，作为临时降低孔壁水压力以促进挤淤之用，但不宜长时间地抽水，以防止整个泵房的沉降增大。拔管应插花进行，并及时回填合适的土料。在纠偏处理全过程中，应尽量使地基土布孔范围内变形均匀，变形大小也应受到控制。另外，还需备用一系列促沉或隔离措施，以备需要时选用。
一般情况下，每次掏土时泵房的纠偏位移十分灵敏，掏土量与纠偏量基本持平。施工中，应自始至终用频繁的沉降、倾斜观测进行监控，即采用所谓“情报化施工法”，及时地将观测成果反馈，供决策者调整施工计划时参考，以确保建筑物的安全。
二
、泵站建筑物地基的渗透破坏与修复对于堤身式泵站，由于泵房直接抵挡外江水位，在内外水位差的作用下，将在泵房地基及两端大堤土体内产生渗流。渗流对泵站建筑物产生两方面的影响，其一是对泵房底板产生向上的渗透压力，减轻了泵房的有效重量，影响其抗滑稳定；另一方面，当渗透坡降或渗透流速超过某一限度时，会引起土体的渗透变形。因此，在洪涝灾害中部分泵站水工建筑物，如进水池和前池的坍陷破坏就是由于这种渗透变形不能终止而继续发展的结果。
在对遭受渗透破坏的泵站建筑物进行修复前，首先应检查防洪抢险过程中造成坍陷的管涌和流土的进水口，结合大堤的地质情况进行堤防加固，然后根据特大洪水过程中的水位资料，重新拟定泵房的抗渗长度及地下轮廓线，必要时，采用合适的防渗措施。
(一)泵房防渗长度校核及地下轮廓线设计
所谓泵房的地下轮廓线，是指进水池、泵房、出水池等不透水结构的垂直横断面与地基的接触线。在泵房进出水池水位差ΔH的作用下，泵房地基内产生渗流，并从进水池中的排水孔逸出，泵房的地下轮廓线即为渗流的第一根流线，其长度称为泵房防渗长度。
泵房的防渗长度L取决于进出水池的水位差ΔH，即
L≥CΔH
式中C：渗径系数，参照《水闸设计规范》SD133-84选用，如表3－3。
表3－3 渗径系数C值表
排水条件 |
地 基 类 别 | |||||||||
粉砂 |
细砂 |
中砂 |
粗砂 |
中砾 细砾 |
粗砾 夹卵石 |
轻粉质 砂壤土 |
砂壤土 |
壤土 |
粘土 |
|
有反滤层 |
9-13 |
7-9 |
5-7 |
4-5 |
3-4 |
2.5-3 |
7-9 |
5-7 |
3-5 |
2-3 |
无反滤层 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
4-7 |
3-4 |
所谓地下轮廓布置，是根据设计要求和地基特性，并参照已建工程的实践经验，确定泵站基础防渗的轮廓形状和尺寸。对于水毁工程的修复，由于泵房基础不能改变，这里的地下轮廓布置只能根据现有泵站工程的实际情况，结合进出水池的修复与重建进行，布置的总原则是防渗与导渗相结合，即在泵站出水侧布置防渗设备，用来延长渗径，减小底板渗透压力，降低泵房基础内平均渗透坡降；在泵站进水侧布置排水和反滤层，使进入地基的渗流尽快地安全排出，以减小渗透压力和防止发生渗透变形。
不同土壤特性的地基对地下水轮廓布置的影响：
(1)粘性土地基：渗透系数小，粘着力强，不易产生管涌；但摩擦系数小，不利于泵房抗滑稳定，因此，防渗布置主要考虑降低渗透压力，增加泵房的抗滑稳定性。为此，可将排水设备延伸到泵房底板下，同时，为防止打桩造成粘土的天然结构遭受破坏，粘土地基一般只设水平铺盖而不用板桩。
(2)砂性土地基：其摩擦系数较大，渗透性较强，因此对泵房抗滑稳定有利，但同时也易产生管涌。防渗布置主要考虑防止产生渗透变形。当砂层较厚时，可采用铺盖与板桩结合的布置形式，排水设备布重在泵站进水池内，必要时，还可在铺盖始端增设短板桩以加长渗径，如砂层较薄(4～5m以内)，下面有相对不透水层时，可用板桩将砂层切断。
对于粉砂地基，为了防止地基液化，通常采用封闭式布置，即用板桩将泵房四周围护起来，板桩长度应超过粉砂地基的液化深度。
(3)特殊地基：在弱透水的地基下有透水层，特别是当该层含有承压水时，应设置穿过弱透水层的铅直排水法，以便将承压水引出，防止进水侧土层被承压水顶起甚至发生流土。当地基为不同性质的冲积层，而水平向的渗透性大于铅直向的渗透性时，也应布置铅直排水以降低层间渗透压力。
(二)泵站防渗排水设施设计
1.铺盖
铺盖一般布置在出水池后排水渠首段，主要用来延长渗径，减小渗透坡降和渗透流速。铺盖要求在长期使用下不透水，并能适应泵房地形的变形，其长度可取为泵站最大水头的1～2倍，混凝土铺盖长度不宜超过20m。
(1)粘土及粘壤土铺盖。一般用于砂性土地基，下游端最小厚度一般为0.6～0.8m，然后向泵房侧逐渐加厚。在与出水池连接处，一般不宜小于1.5m。
铺盖与出水池连接处应加强处理，否则易沿其接触面产生渗漏，一般在连接处将铺盖加厚做成大梯形断面形式，并将底板前端做成倾斜面，使粘土能借自重及其上荷重与底板紧贴，铺盖与底板间需铺设油毛毡等柔性止水设备。另外，为了保护粘土铺盖不受水流冲刷，表面应加设砌石或混凝土保护层。当保护层为干砌块石时，还应在保护层与铺盖之间铺设反滤层,以防止粘土颗粒从干砌块石缝隙中流失。
(2)混凝土、钢筋混凝土及沥青混凝土铺盖。在粘性土地基透水性较小及铺盖需兼作阻滑板时，可采用混凝土或钢筋混凝土铺盖，其厚度一般为0.4～0.6m，与出水池连接处加厚至0.8～1.0m，并用沉陷缝与出水池底板分开，缝内设止水。厚房长度较大时，顺水流方向也应设置沉降缝和止水，分缝应与泵房分段相一致，以防止铺盖开裂。
沥青混凝土铺盖通常选用6号石油沥青作胶结剂，用沥青、砂、砾石和矿物粉按一定的配合比加热拌合，然后分层压实而成。其厚度一般为5～10cm，与进水池底板连接处适当加厚。
2．板桩
板桩通常设在出水侧，主要用来延长渗径，其材料有木材、钢筋混凝土及钢材等，现多用贯入式预制钢筋混凝土板桩，厚约10～15cm，宽50～60cm，该桩最适于河漫滩沉积地基。 板桩长度应根据防渗效果好和工程造价低的原则，并结合施工方法来确定。当不透水层埋深较浅时，可用板桩将透水层截断，并插入不透水层至少1.0m；若不透水层埋深很深，板桩长度可取为泵站最大水头的0.7～1.2倍。
3．定喷板墙
用高压定向喷射灌浆法构筑防渗板墙，是将特制水、气、浆三管喷射装置插入预先钻好的孔中，固定好喷射方向，然后边喷灌边提升，依靠高速水气射流切割土层形成沟槽，利用压缩空气的掺搅升扬作用把大部分上层颗粒带出地面，并通过浆液的充填、渗透、挤压和固结作用而形成具有一定宽度和厚度的防渗板。定喷板墙的厚度一般为5～13cm，单向喷射的有效宽度为1.5～2.5m，双向喷射为单向喷射的两倍。
4.齿墙及截水槽
进出水池及泵房的上下游端均设有齿墙，以延长渗径，同时增加泵房的抗滑稳定。其深度一般为1.0～2.0m，当透水层较薄时，可用粘土或混凝土截水槽将透水层截断，截水槽嵌入不透水层的深度应不小于1.0m。
5.排水及反滤层
排水设施一般是用直径1～2cm的卵石，砾石或碎石等铺在渗流溢出处，层厚20～30cm。为防止地基发生渗透变形，在排水与地基接触处应设反滤层。反滤层和排水结合在一起，常由三层不同粒径的砂、砾石及碎石组成，粒径自下而上逐渐加大，每层厚度约20～30cm，反滤层长度一般为5～10m，反滤层上部设置铺盖，铺盖上设Φ5cm的排水孔，呈梅花形布置。 近年来，土工织物用作反滤材料十分广泛，其透水性和反滤性能好，其设计标准为：
防止管涌要求Oe≤d85
渗流畅通要求Oe≥d15及Kf＞(1～10)K
不均匀性要求Oe＜2.3d30(无纺)或1.4d50(有纺)
对于粘土 Oe＜0.08mm
式中，Oe为等效孔径对于无纺的取Oe=O90；有纺的取Oe=O95；d15、d50、d85为被保护土料的特征粒径(mm)；Kf为土工织物的渗透系数；K为被保护土层的渗透系数。
三.
、进出水建筑物及泵房的裂缝处理导致泵站建筑物钢筋混凝土裂缝的主要原因是两类荷载，一是外荷载产生的应力，包括外荷载的直接应力及由于外荷载作用产生的结构次应力，二是由于变形变化而引起的荷载，如结构由于温度变化导致的收缩与膨胀、地基不均匀沉陷等因素。在洪涝灾害中，泵站进出水池、进出水流道和泵房裂缝主要是由于地基的渗透变形所引起的，这种裂缝通常属于贯穿性的，其走向与沉陷走向一致。裂缝修理方法的选择及裂缝的表面处理和内部处理的方法等详见本书第五章第二节。
关于流道的断裂加固和修复，目前实用的措施有：
1.地基加固
(1)当流道所穿越的大堤堤身不高，断裂发生在管口附近时，可直接开控堤身或岸坡进行地基处理。
(2)当断裂发生在流道中部，全部开挖处理比较困难，且洞径较大时，可在洞内钻孔进行灌浆处理。灌浆前要将断裂处用混凝土、钢筋混凝土或钢环封闭好。
(3)在进行基础加固的同时，管身应设置沉陷缝。沉陷缝的止水结构一般用止水片和多层油毡组成。
2.流道结构补强
对于产生大范围的纵向裂缝、严重的横向断裂、以及局部冲蚀破坏的流道，凡是影响结构强度的均应采取加固补强措施，这些措施包括：
(1)加套管或内衬 适用于人工能在洞内操作的情况，套管可采用铸铁管或钢管，内衬可采用钢板。
(2)外包加固 适用于埋藏不深、且直径较小的管道。可外包混凝土或浆砌块石、钢筋混凝土衬圈。
(3)顶管处理 当管道严重破坏，且修复十分困难时，需另建新管，建新管可考虑采用顶管法,这是目前更换损坏管道的一种较好的方法。
四、大型泵站超驼峰运行
20世纪60年代兴建的大型排水泵站，大多数采用虹吸式出口水流道破坏真空的断流方式。在泵站设计时，按外江设计低水位淹没出口的要求确定驼峰顶部的高程，而当外江洪水出现超驼峰水位时，则必须关闭流道出口的防洪闸，以防止江水倒灌。此时若排水区发生渍涝，即使水泵机组的扬程和功率能够满足运行要求，也无法开机排水。1998年长江洪水期，仅湖北省就有36座泵站因此而被迫停泵。
解决大型泵站超驼峰运行的难题，归结起来就是解决以下两个问题:①在外江洪水位超驼峰的超常条件下，如何平衡安全地启动轴流泵机组；②安全可靠地断流以防止事故停泵时大量江水倒流及机组倒转出现危害性的飞逸转速。在认真总结工程经验和多年科学研究的基础上，武汉水利电力大学泵及泵站教研室有针对性提出了压缩空气阻水断流的新技术。较好地，切实有效地解决了大型虹吸式出流的轴流泵站在超驼峰条件下正常运行的难题。不仅安全可靠，而且经济实用。所谓压缩空气阻水断流即：通过适当的工程措施向虹吸管顶部注入压缩空气，把虹吸管出水侧管内水位压低到驼峰下缘高程。由于压缩空气保持稳定的压力，虹吸管内的水位不会上升，所以，既便开启防洪闸，江水也不会倒流导致水泵倒转，在闸门开启的情况下起动机组，随着水泵转速和流量的增大，管内的空气相应由排气管排出。由于本方案设计了稳压排气管，从而限制了因起动过程中管内空气被上升的水体压缩造成过高的压力，致使水泵进入不稳定区而诱发的水泵机组的强烈振动。
这种技术1998年已分别在湖南和湖北两省的一些泵站应用，获得了满意的结果，例如湖北汉川县民院闸溃堤堵口后，汉江约有120m3/s流量流进内湖，起动汉川二站和汾水泵站的大型水泵机组向汉江排水，而汉川一站由于汉江水经超驼峰底最大达2.7m，6台水泵不仅不能开机排水，由于流道出口防洪闸关不严，江水倒灌，倒灌流量约为30m3/s，相当一台单机功率为2800kW机组的排水量，单就耗电费一项计算每天约13000元，采用压缩空气断流，无需增加任何设备，原有的水环真空泵改作压缩机运行，用于改接管道的工时材料，估计不足1000元，而向驼峰注入压缩空气后，由于平衡了闸门正面的水压力，减小了闸门槽的摩擦力，在自重作用下，降落到位,只有少量漏水，避免江水大量倒灌。很好地配合抗洪斗争，取得了重要的经济效益和社会效益。
现以湖北省嘉鱼余码头泵站为例说明大型泵站超驼峰断流措施:
1.压缩空气系统设计
根据建站以来超驼峰运行记录，出现过最高的超驼峰水头为3.52米，因此要求注入管内的压缩空气达到3.52米的压力，江水不会通过虹吸管倒流，由于要求压缩的压力很低，不宜直接选用现有的空气压缩机，而是根据现场的条件和要求，专门设计了一种新型的射流压缩机。这种压缩机的特点是结构简单，价格低廉，运行可靠，管理方便。压缩空气联接系统，该系统由1台IB150-125-250型离心泵(配17.5kw电机动)向射流压缩机供给压力水，压缩机吸入的空气与压力水混合，通过干管和闸阀向准备起动的机组虹吸管顶部注入水气混合流，水气在虹吸管内自动分离，气体聚集在虹吸管顶部，气压逐渐升高，直到水面气压达到相当于超驼峰水深的压力即可将防洪闸提起，水面气压由模拟外江水位的水池和排气管来控制，实际上是由排气管的淹没深度来控制水面的气压，水泵起动后气压升高，排气管即自动排气，排气流量随水泵流量的增大相对应。
2.射流压缩机
射流压缩机的性能，根据计算，当压缩空气的压力达到0.36kPa，压缩空气流量Q=420m3/h，压缩空气流量也随压缩空气压力的变化而变化，估计管内空体积为200m3，起动一台水泵所需的压缩空气约60m3，考虑系统漏气损失，估计起动一台机组所需压气时间不超过10分钟。
3.机组起动操作程序
(1)检查虹吸管出口段是否充水至驼峰下缘。一般情况下由于闸门止水不严防洪闸处于关闭状态下，出口段也会充水至驼峰下缘。
(2)起动泵房供水泵向蓄水池充水，充到60m3的水量。
(3)根据出水池水位与驼峰下缘离程之差Δh，向水池充水，使排气管淹没深度h=Δh+0.05m(0.05为考虑水面波动的安全值)。
(4)打开准备起动机组的闸阀。
(5)起动离心泵，射流压缩机开始吸气，并将水气混合液通过干管和闸阀注入虹吸管，当虹吸管内气压达到Δh即可开启防洪闸。
(6)起动轴流泵，当电动机达到牵入同步的转速时立即切断离心泵的电源，这样可以保持恒定的气压，防止突然降压，虹吸管出口段的水翻越驼峰向内侧倒冲，增大水阻力矩，延迟机组牵入同步的时间。待虹吸管内空气完全排除后，机组即转入稳定运行，起动过程即告结束。
4.机组突然失电防止倒流倒转飞逸状态的措施
在正常情况下停机，一般是先将防洪闸部分关闭，在机组出现振动或电机出现超载的临界状态下迅速切断主电机的电源，防洪闸在重力作用下关闭，预计可在水泵开始倒流之前关至终点。但是，如果发生事故跳闸或电网突然断电，则闸门只能从断电开始下落，关闭活塞行程2.5米，按失电后8秒内关闭的要求，通过现场试验确定增加的配重，这种方案比增加蓄能罐的方案简单可靠。
五、污物及清污
污物是指浮在水体表面和水体中的杂物，如水草、白色污染物、水块及其它杂物。近年来由于水体污染的加剧，水体富营养化程度提高，一些水生植物如水葫芦和一些藻类植物在引水渠道、前池等内部生长、繁殖异常迅速，严重影响过水构筑物的过水能力。另外，废弃塑料袋、瓶、盒等白色污染物也危害猖獗，增加拦污栅水头损失，降低进水池的效率，增加泵站能耗，严重时泵站不能正常运行。 从长期治理的角度来看，应堵住源头，会同有关环保部门，严格控制有关污染物的排放量改善水质。近期应着眼于改善泵站拦污栅的布置并对污物进行清理。
(一)改善拦污栅的布置
拦污栅的型式和尺寸不仅影响工程投资和泵站能耗，而且对污物的清理有很大影响。如我国大型轴流泵站的拦污栅大部分是垂直设置在进水流道的进口处，由于利用了进水流道的隔墩作为支承，因而可以节约工程投资。但此类布置拦污栅处的流速较大，清污工作的危险性大，工作条件差，污物清理困难，并且污物的堵塞会直接影响水泵的进水流态，使水泵在偏离设计工况点工作，引起机组的振动和噪声。一般来说，拦污栅应布置在平均流速为0.5～0.8m/s的断面上，以设置在引渠末端为宜，它比设在进水流道或进水池前安全。而且，由于引渠末端断面窄，工程投资省，同时也便于布置清污机械。
对拦污栅还要正确设计，其强度和栅距要适中。
(二)清污方法及设备
目前，对污物的处理尚没有较好的化学和生物方法，一般是采用人工和机械的方法进行清理。人工清污主要用于水草和杂物不多的小型泵站。对大型泵站，应加大投入，设置专门的清污机械和相应的转运设备来处理污物。目前自动清污机主要有：自动耙式清污机、大型自动清污机、旋转滤网式清污机、牵引耙式清污机及牵引车式清污机等等。它们的特点及适用范围各不同，应结合实际情况来选用。
六、淤积及清淤
淤积主要指沉积在外江、内湖、渠道及进、出水构筑物等底部的泥沙、卵石和砖块等沉积物。在洪灾多发之地，由于水土流失的加剧和洪水的泛滥，许多江河和湖泊淤积严重，部分河段的平均淤积深度达每年
0.5m。严重的淤积危害了泵站的安全运行，有些泵站甚至不能运行。有关清淤施工问题可参见水利电力行业标准《疏浚工程施工技术规范》，选择清淤设备时应考虑以下几个问题：
1.被挖掘土的种类和性质；
2.挖槽尺度和排泥方法；
3.疏浚工程量和工程时间；
4.挖泥船或其它挖泥设备的性能。
对挖泥船或其它的挖泥设备，目前应用于内河和湖泊的主要有泥斗式(机械式)和吸扬式(水力式)两大类。泥斗式包括铲斗式、抓斗式及链斗式等。铲斗式和抓斗式适宜于硬质土，但产量太低。链斗式对土质适应能力强，挖后水底平整，但所占水域面积大，须要铺助设备多，且振动和噪声很大，国外已很少使用。
吸扬式挖泥船主要分为绞吸式、潜水泵式、气升式及射流式等等。绞吸式挖深有限，但经济效益高，在国内外应用极为广泛。潜水泵式挖深适中，经济效益好，以往的电机密封易损坏，工作可靠性差。但近代的潜水电泵机械密封技术有很大提高，再加上增加了很多监控设备，潜水电泵的可靠性和使用寿命有显著提高。气升式挖深大，对水底扰动小，但效率很低。射流式结构简单、成本低、挖深大、维护方便、便于自制，但效率稍低于绞吸式，它具有较好的实用价值。其它还有一些水陆两用及陆地上行走的挖泥设备。
第四节 潜水电泵及紧急排水新技术 一、潜水电泵潜水电泵是机电一体化高科技产品。近年来，由于潜水电泵在密封、绝缘、冷却和监控等技术有了长足进展，同时还成功地实现了水泵和出水管道的自动偶合，从而使大口径潜水电泵推广应用速度明显加快。由于潜水电泵站在节省工程投资、能够快速安装检修、运行条件大为改善、设备的可靠性和使用寿命显著提高。目前我国不仅生产和安装了大口径900mm以下的轴流泵和混流泵，也可以生产口径1.4m和1.6m的大型潜水电泵，为潜水电泵站的技术推广打下了良好基础。潜水电泵不怕水淹，又具有快速拆除和安装等机动性好的优点，能够应付水位猛涨、泵房淹没等各种突发事件，大型潜水电泵的问世，使泵站结构型式、安装方式、运行环境等发生了革命性的变化。与常规泵站相比，潜水电泵站在低洼易涝地区的优势更加明显。同时，还有潜水排污泵和排沙泵等多种泵型，可及时清除排水河道淤积。
(一) 潜水电泵的特点
1.泵站不怕水淹
对于低洼易涝地区，在堤防决口或超过设计标准的特大暴雨降临时，排灌泵站常被水淹。一旦泵站的机电设备被水浸泡，清洗和烘烤等修复工作量很大，将会延迟排水时间，增加灾害损失。因此，常规泵站本身的防洪防潮问题也是十分重要的问题之一。但潜水电泵采用的是潜水电机，水泵机组可以在水下运行。所以，即使泵站被水淹没，只要电机不超载，水泵能在稳定区工作潜水电泵随时可投入运行。
2.机组拆装快捷
以往的潜水电泵和出水管是用螺栓连接，主要用于深井提水、小型施工排水等。但近代的潜水电泵与出水管之间已经实现了自动偶合，在出水管固定的情况下，不需要螺栓便可快速安装和拆卸水泵机组，从而大大加快了机组的安装和检修速度。如河北省沧州的叶三拨泵站，每台常规的口径1.4m立式轴流泵机组安装时间为15～20天，而口径相同的潜水电泵只需1天。对于小型潜水电泵机组，安装拆卸就更加方便，有的只需1小时就可以安装或拆卸完毕。这对于防洪排涝等需要紧急拆装的泵站是十分有利的。
当前的大口径潜水电泵的主要安装型式有井筒式和导轨式二种。
轴流式和导叶混流式潜水电泵的主要安装方式是井筒式。井筒式又有悬吊式、弯管式、落地式、开敞式等，如图3-1所示。
另外，对于不同型式的进水流道。也可以采用井筒式潜水电泵。图3-2为钟型进水流道的井筒式潜水电泵装置形式。
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图3-1 井筒式潜水电泵的安装方式 (a)井筒悬吊安装形式 （b)井筒弯管安装形式 （c)井筒落地安装形式 (d)井筒开敞安装形式 （优先用于低扬程电泵安装） |
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图3-2 带钟型进水流道的井筒式潜水电泵装置 |
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3.泵站工程投资省
泵站工程投资包括土建投资和设备投资。采用潜水电泵后，土建投资和设备投资均可降低。
(1)土建投资。由于以下几方面的原因，潜水电泵站的土建投资比常规泵站节省30%～50%。
①潜水电泵机组可在水下运行，不怕风吹雨淋，可以省去泵房的上部结构；
②潜水电泵的机泵同轴，轴向尺寸小，机泵的起吊高度小，即使需要建造上部结构，其高度也比常规泵站低；
③对于需要备用机组的泵站，只需备用潜水电泵机组，无需增加备用机组的位置，从而可以减少泵房长度；
④潜水电泵站不需要供水泵、排水泵、真空泵、风机等辅助设备，泵房面积小，水工结构简单。
(2)设备投资。由于潜水电泵的密封、绝缘、冷却等要求高，机组内的各种监控设备也较多，－故潜水电泵本身的造价通常均高于常规机组。但因为潜水电泵可以省去很多辅助设备，潜水电泵站的设备投资仍然低于常规泵站。
4.可靠性高、使用寿命长
和常规的泵站设备相比，潜水电泵的辅助设备少，不仅可以简化操作程序，有利于自动化，而且可以大大减少故障出现的机率，从而使设备的可靠性显著提高。同时，因为近代的密封、绝缘、冷却等技术发展很快，使得潜水电泵不容易发生故障。即使出现密封泄漏、温升过高、绝缘下降等现象，各种传感器会及时把信号传出，并进行控制和保护，因此，潜水电泵具有较高的可靠性。
另外，由于潜水电泵的安装拆卸很方便，在非运行季节可以将其吊起，大大改善了机组的管理条件，从而可以延长长泵机组的使用寿命。
(二) 潜水电泵在紧急排水中的应用
借助水泵迅速排除低洼易涝地区的积水，是减少大洪水过后内涝积水的有效措施之一。近年来，将潜水电泵用于解除非常时期突发性洪涝灾害，正受到有关各界的特别关注。据了解。日本针对规模较小的河川，以排除内涝为主要目的，研制了移动式专用紧急排水潜水泵成套设备。随之而来的是紧急排水事来应运而生，还编制有紧急排水泵设备技术标准。另外，1995年我国辽宁省沈阳市，开始研究装备有潜水电泵的移动排灌车，并在该年抗御辽河洪水中发挥了重要作用。
1.紧急排水的特点
所谓紧急排水，指的是非常时期突发而来、具有救急性质的排水任务。诸如：山洪暴发危急矿井、基坑安全，为稳定土体、防止滑坡等事故发生时的紧急排水；台风和暴雨袭击时，为保护低洼易涝地区免受内涝灾害的紧急排水等等。与一般排水任务相比，紧急排水的特点在：
(1)任务急 紧急排水总是伴随突发性灾害天气而来，往往不可能提前做好准备工作。同时，如果紧急排水措施实施不力，其后果将是不勘设想的。所以，“紧急排水”也称之曰“救急排水”。
(2)标准高 一般排涝泵站的设计标准是设计一日暴雨1～3天排至作物耐淹深度，而紧急排水通常要求将超标准的特大暴雨所造成的成灾内涝积水，在尽可能短的时间内排除，远远超过一般排涝泵站的设计标准
(3)作业务件恶劣 台风、暴雨等突发性灾害到来时，伴随狂风暴雨而来的就是断电，无形中加剧了夜间抢排的作业难度，往往要求紧急排水要适应一无动力电源、二无明照明条件，且顶风冒雨的恶劣作业条件。
2. 潜水电泵在紧急排水中的应用
为适应紧急排水的需要，有必要研制具备以下条件的成套设备。
(1)可移动 采用可移动的装置，以便必要时调用多处备用水泵机组，集中解决任务急、标准高的紧急排水任务；或者将紧急水专用设备集中保管，设立紧急排水设备管理中心或紧急排水基地，根据需要随时调用。
(2)装卸简便 水泵机组要求结构紧凑、操作简便，工作可靠，并且要求体积小、重量轻、搬移装卸简单方便。
(3)通用性强 水泵机组要求部件通用性强，任何厂家生产产品的安装尺寸相同，零部件应能任意互换，以缩短现场安装时间，方便设备配套及维修管理。
二、紧急排水专用成套设备介绍
沈阳市水利局与沈阳第二水泵厂联合开发研制CPBC-4500-1-2型移动式排灌车是一种新型的泵站形式。将潜水电泵、柴油机、发电机、出水管及其他辅助设备的均安装于带有起吊设备的汽车底盘上，不需要配套任何水工建筑物，可随时随地进行安装。它的研制开发和推广应用，彻底改变不传统的固定式排水站模式，变被动为主动，变固定为移动，可以最大限度的发挥设备的潜力。
该设备的主要特点如下：
(1)灵活机动，反应速度快 那里需要那里去，变被动等待为主动出击，便于应付抗洪救灾的突发事件；
(2)适应性强 不需要配套任何水工建筑物，出水管为胶管，可以随意选择站址，并且可以在无电源的场所正常作业；
(3)工程投资省 因取消了复杂的水工建筑物，大大降低了工程造价；
(4)便于管理 移动式排灌车可以集中管理，彻底改变了原来排灌设备置于荒郊野外，极易遭受人为和自然因素破坏的状况，有利于中小型机电排灌设备管理水平的提高。
(5)设备利用率高 该设备可用于紧急排水，也可以用于灌溉。在无灌溉又无排水任务时起吊设备还可用于泵站技术改造、大型工程的施工排水等，载重汽车还可以跑运输，经济效益和社会效益十分显著；该成果于1997年7月沈阳市科委组织的有武汉水利电力大学、水利部松辽委、辽宁省水利厅、沈阳市水利局等有关部门专家学者参加的技术鉴定，并获沈阳市农业技术推广一等奖，具有国内先进水平，在某些方面达到国际先进水平。