武汉金融港应急排涝泵站工程关键技术研究

发表时间:2021.12.03 12:31

来源:泵友圈

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摘要:中国南方地区汛期暴雨引发城市内涝的问题越来越突出,引起了社会的广泛关注和政府部门的高度重视,本文结合武汉金融港应急排涝泵站工程的施工经验,对竖井式贯流泵泵站工程的土建施工和设备安装施工关键技术进行总结。


关键词:竖井式贯流泵;钢套筒;安装与调试;CFD优化与模型试验


1. 前言

目前,我国综合实力不断提升,城市化进程不断往前推进,房地产开发由市中心向郊区逐步发展,人口由周边城市向一线城市集中,相比之下,城市管网、城市交通等市政基础设施建设滞后的问题逐步暴露出来,特别是地下排水管网跟不上人口规模的发展。


因汛期雨量过大导致城市内涝的问题越来越突出,因内涝给保险公司、金融机构等商业企业带来的损失越来越大,如何在汛期有效、及时地排除城市滞水的问题亟待解决,低扬程应急排涝泵站在城市排涝、防洪减灾中发挥着越来越重要的作用。


应急排涝泵站工程必须在汛期来临之前发挥排涝作用,施工工期紧、任务重、在短时间内要完成泵站土建工程和设备安装工程,需要做好周密的施工组织,采用先进的施工技术,优化施工方案,以保证项目建设质量和建设进度,充分发挥泵站工程的应急排涝泵站的效果。


本文结合武汉金融港应急排涝泵站工程的实际经验,对泵站土建施工和设备安装施工技术进行探讨。


金融港泵站主要服务于金融港地区光谷大道干管排水系统及滨湖路沿线局部地块排水,总的汇水面积约为9.2km2。金融港泵站作为金融港地区应急排涝泵站,是金融港区域超标滞水的排除设施,泵站选址位于秀湖南侧,滨湖路以北,滨湖路规划公交首末站以东,现状秀湖明渠以西,面积约8942m2。


泵站用地地势低洼,平均地面高程约18.2~20.2m。南侧滨湖路为现状路,现状路面高程约20.6m。金融港应急排涝泵站设计流量为Q=40m3/s,工程内容主要有竖井式贯流泵站1座,配套闸门5 座,滨湖路雨水截流管(d1200~d2000mm)长约1.8km,沿湖绿道L=2.1km及金融港泵站北侧洼地清淤等。从2017年9月开始进行场地清理,至2018年9月完成泵站土建施工和设备的安装调试工作。


2. 总体施工思路

工程总体施工思路为以泵站主体结构施工为主线,优先施工泵房,管理房、闸门、管线施工穿插进行。施工前按照交通疏解要求首先进行场地围蔽,依次进行泵站围护结构施工、支撑开挖施工、垫层、主体结构(泵站及管道)、机电安装、二次结构、土方回填、道路景观施工等,综合管理楼、闸门在具备施工条件时适时施作。


3. 淤泥质粘土地质条件下的钻孔灌注桩施工技术

本工程范围包括泵站主体结构、二孔箱涵、五孔箱涵、雨水管道、闸门等的施工,地质情况主要为淤泥、淤泥质粘土,含水量大、流动性强,基础主要采用钻孔灌注桩基础,桩基直径为0.8m~1.0m,桩基共489根,工期紧任务重,桩基施工直接制约着工期,为了加快进度,确保桩基的施工质量,项目技术人员进行了淤泥质粘土地质条件下钻孔灌注桩施工技术研究,确定采用长钢护筒辅助施工措施。

施工要点如下:进行旋挖钻作业时,护筒的长度穿过淤泥层,防止钻进时出现塌孔现象,根据现场实际情况,采取12m长护筒(壁厚15mm),为了保证桩径及成桩质量,φ800的桩用φ1000的护筒,φ1000的桩用φ1200的护筒。此方法桩基施工操作简单,施工快速,能够确保施工质量,且能减少对地下水的污染,大大的提高工作效率。


4. 流道CFD优化与模型试验

武汉金融港泵站采用竖井式贯流泵[1],单泵流量10m3/s,共4台(一期2台),总流量40m3/s。为保证工程的可靠性和安全性,委托了扬州大学进行进出水流道CFD水力优化和水泵装置模型试验。


4.1 进出水流道CFD优化

随着计算机技术的发展和计算方法的改进,先进的计算机数值性能预测研究工具-CFD(计算流体动力学)技术成为水泵水力优化的主流[2],武汉金融港应急排涝泵站工程采用CFD计算技术和模型试验技术相结合的方法[3] ,依据实际工程控制尺寸对进、出水流道进行多方案的优化比较,提出最优方案,给出流道单线图及断面尺寸图。

依据 CFD 计算结果对泵装置在特征工况下运行时,进水流道、出水流道的水力损失等定量指标及内部三维流线进行分析,同时根据数值计算结果,对竖井贯流泵装置的能量性能进行定量预测,以此为水泵装置研制提供理论依据。

以金融港应急排涝泵站工程竖井贯流泵装置大流量到小流量不同的工况作为优化的基础。竖井进水流道、直管出水流道和出水涵洞在UG中进行参数化建模,进出水流道模型,见图1和图2所示。



图1 竖井进水流道图



图2 直管出水流道图


通过竖井式贯流泵装置CFD数值计算结果表明,优化设计的的进水流道内部流速均匀度较高,泵装置整体效率较高,出水流道水力损失较小,压力递变均匀,水流扩散较为合理,经优化的方案整体泵内部装置流线图,如图3所示。



图3 整体泵内部装置流线图


根据竖井式贯流泵CFD计算,确定了整体泵装置进出水流道单线图,如图4所示。



图4 整体泵装置进出水流道单线图(单位:mm)


4.2水泵装置模型试验

为验证进出水流道CFD优化设计结果,从而更准确地掌握武汉金融港应急排涝泵站竖井贯流泵装置的能量性能、空化性能和飞逸特性等水力性能,确保泵站安全可靠运行并高效地发挥经济、社会效益,模型试验于2017年11-12月在扬州大学流体动力工程实验室高精度水力机械试验台进行,试验台为立式封闭循环系统,如图5所示。

试验台水力封闭循环系统的总长度为60m,管道直径为 0.5m,仅在安装电磁流量计的前后10倍直管段为直径 0.4m 管道,整个系统水体积为 50m3。



图5 高精度水力机械试验台


在优化进、出水流道的基础上,制作模型泵装置并进行了模型试验,获得了金融港应急排涝泵站水泵模型装置的能量、汽蚀、飞逸特性试验数据。武汉金融刚泵站装置综合性能曲线,如图6所示。



图6 武汉金融港泵站装置综合性能曲线(原型)


通过装置试验,得出以下结论:

(1)能量试验结果表明,泵装置在叶片安放角0度下,模型泵装置扬程为1.5m时,流量为281.25 L/s,泵装置效率达到75%;对应原型泵装置扬程1.5m 时,流量为12.5 m3/s,满足金融港泵站设计净扬程1.20m时的流量要求。模型泵最大运行扬程超过3.6m,满足金融港泵站最大净扬程2.65m的运行要求。

(2)汽蚀试验结果表明,原型泵装置在叶片安放角0度下,设计扬程工况临界必需汽蚀余量在7m以内。

(3)试验结果表明,竖井进水流道内流态稳定,无漩涡产生,水泵运行平稳;进水流道水力损失较小,泵装置效率较高,高效区较宽,满足要求。

(4)叶片安放角0度下,最高净扬程2.65 m时,原型泵最大飞逸转速是水泵额定转速的1.51 倍。叶片安放角越小,单位飞逸转速越高。

(5)考虑泵站出口有较长的涵洞,为确保泵装置最大运行扬程不低于3.90m,可将原型泵转速提高到178r/min。


5. 主水泵、主电机及齿轮箱的安装技术

5.1安装前准备工作

(1)机组安装中心线及高程控制线的测放

机组安装中心线是根据土建工程机组中心位置的控制线引至主机层,用弹线的方法,将中心线弹在主机层的地面上。

安装高程控制线是由指定的高程基准点测放到厂房机组两侧的墙壁上,每台机组两侧各测一点。各部位安装高程就以此点为高程标准控制点。


(2)预埋部位二期砼表面打糙及中心、高程的修正,基础可调垫铁的部位砼表面打平整,调整铁放置后水平,保证底平面与砼有70%以上的接触面,高程略偏低2mm左右。


(3)设备出厂及到场验收

协助监理进行设备的出厂前验收,主设备进场后,配合监理对设备进行开箱检验。检查运输过程中各项设备有无损伤,对照设备图纸及装箱单清点,将紧固件、密封件及装箱部件入库保管,发现问题及时向监理汇报。开箱检查后的电机设备妥善保存,做到防雨,防潮,防盗。


(4)检查清理

设备安装前,根据有关规定和图纸、资料,对设备进行全面的检查,以确定合同规定的各项设备是否完整和完好;各施工图纸和所需的资料是否齐全;预留钢钢筋的位置和数量是否符合图纸要求。对上述检查如发现有缺件、部件的损坏等情况,书面报监理,并按图纸和资料的要求进行修复或其他处理。设备安装前,按图纸和资料的有关规定,对设备进行必要的清理和保养。


(5)埋设件等的安装

埋设件:相互协调,明确分工,保证不漏埋、错埋。埋设件满足施工图纸和制造厂的规定,埋实填设件外二期混凝土。

埋设件保管:对埋设件的管道、设备、零件,妥善保管,防止锈蚀和损坏,不沾有影响粘接强度的污物(如油脂等)。

埋设件监护:浇筑混凝土的过程中,派专人监护,以保证埋设件的数量和位置的准确。

混凝土强度:基础二期混凝土在未达到设计强度50%以前,不允许在机组上拆卸重件和进行撞击性工作;在未达到设计强度的80%以前,不放置重物,不拧紧地脚螺栓和启动机组。


5.2 主水泵的安装与调试

(1)将前锥管、叶轮外壳和导体在泵房内组装[4] 。

(2)将组装件吊入机坑放在基础支墩上就位,垫好调整块,穿好地脚螺栓,调整高程水平,临时固定。

(3)找正水泵中心线和叶轮中心线。

(4)以水泵中心线和叶轮中心线为基础,找正叶轮外壳、导叶体的中心。

(5)将前锥管、叶轮外壳和导叶体的上部分打开,将导轴承安装在导叶体内,推力轴承安装就位。

(6)调整并找正叶轮外壳、导轴承、推力轴承三者之间的同心,偏差控制在0.1mm之内。

(7)浇注地脚螺栓二期混凝土,待达到强度要求后,拧紧地脚螺栓,并复查再找正,直至达到要求。

(8)将泵轴部件吊入电机坑,从填料密封孔中穿过伸入泵体内,搁在导轴承及推力轴承上就位,调整轴向位置及中心。

(9)转轮部件与泵轴部件进行组装,盘车测量摆度。泵体部件上半部分复位,测量叶片与外壳的间隙。

(10)水管路进行清洗与耐压试验,各接头处不泄漏。

(11)操作、控制、保护和指示装置进行模拟试验,动作准确可靠。


5.3 主电机的安装与调试

(1)主电机的安装方法及安装程序及其调试按照设备承包商提供的安装说明书以及《泵站设备安装及验收规范》(SL317-2015)的有关规定,并在设备承包商的技术指导人员的指导下进行。

(2)主电机的安装一般以安装好的齿轮箱为基准,调整电动机轴与齿轮箱的同心度及轴向位置,其同轴度偏差不大于0.1mm。

(3)电动机测温装置的安装符合下列规定:

a)测温装置进行检查,其标号一致。

b)各温度装饰值予以校核,并无异常现象。

c)总绝缘电阻一般不小于0.5MΩ。

(4)主电机的试验

a)试验依据:试验标准按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB 50150-2016)执行。

b)试验项目:测量绕组的绝缘电阻和吸收比;测量绕组的直流电组;检查定子绕组的极性及其连线的正确性;定子绕组的交流耐压试验。

c)主要试验设备:2500V绝缘电阻表、QJ44型电桥、成套交流耐压试验设备


5.4 齿轮箱的安装与调试

(1)齿轮箱的安装方法及安装程序及其调试按照设备承包商提供的安装说明书的有关规定,并在设备承包商的指导人员的指导下进行。

(2)齿轮箱的安装以安装好的水泵为基准,调整齿轮箱轴与水泵轴的同轴度及轴向位置,其同轴度偏差不大于0.1mm。

(3)齿轮箱测温装置的安装符合下列规定:

a)测温装置应进行检查,其标号一致。

b)各温度指示值予以校核,并无异常现象。

c)总绝缘电阻一般不小于0.5MΩ。


6. 结束语

武汉金融港应急排涝泵站工程2018年9月具备通水条件,有力地缓解金融港地区的排涝压力。技术人员在武汉金融港应急排涝泵站工程中的不断创新的经验,为同类工程的实施提供了方法和借鉴。


参考文献

[1] 张仁田.不同型式贯流式水泵特点及在南水北调工程的应用.中国水利.2005(000)

[2] 金燕,刘超.贯流泵装置的研究进展和应用[J].水泵技术,2009(4)

[3] 成立,薛坚.CFD技术在泵装置水力优化设计中的应用[J].南水北调与水利科技,2007,5(3)

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