于永海，陳毓陵，徐輝
(河海大學(xué) 水利水電工程學(xué)院，江蘇南京 210098)

　　摘　要：在分析合流制污水治理工程大型污水泵站特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其在穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容和技術(shù)進(jìn)行了研究，并結(jié)合實(shí)例分析 得出了一些有益的結(jié)論，可供污水泵站測(cè)試時(shí)參考。
　　關(guān)鍵詞：合流污水治理工程；污水泵站；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
　　中圖分類號(hào)：TU992.25
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(1999)10-0044-03

　　合流制污水治理工程是一項(xiàng)能夠改善城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)改造原有市區(qū)污水管道系統(tǒng)中的污水泵站，新建截流泵站和必要的截流設(shè)施，埋設(shè)截流總管，截取排入市區(qū)河道的污水(在合流制污水治理工程中包含工程控制面積內(nèi)的大部分雨水，文中污水的定義均指合流污水)，經(jīng)大型污水泵站提升和適當(dāng)?shù)奈鬯幚砗笈湃胼^大水體擴(kuò)散和稀釋，達(dá)到治理市區(qū)河道污染改善城市環(huán)境的目的。大型污水泵站對(duì)合流制污水治理工程起著關(guān)鍵性的控制作用，它是工程的重要組成部分。通過(guò)泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，可以得到泵站的主要技術(shù)參數(shù)和控制參 數(shù)，同時(shí)也可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)中采用的技術(shù)參數(shù)，從而為管理運(yùn)行好泵站提供可靠的依據(jù)。本文結(jié)合大型污水泵站的特點(diǎn)對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的主要內(nèi)容和技術(shù)進(jìn)行分析研究，同時(shí)以上海合流制一期工程中的彭越浦泵站和出口泵站為實(shí)例，介紹這些泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)采用的方案并作有關(guān)分析，得出一些有益的結(jié)論，供污水泵站測(cè)試時(shí)參考。

1 大型污水泵站的特點(diǎn)

　　 合流制污水治理工程中的大型污水泵站與常規(guī)泵站相比，有一些自身的特點(diǎn)。?
　　 污水泵站建設(shè)在城市范圍內(nèi)，占地面積受到限制，泵站布置比較緊湊。其前池、進(jìn)出水池一般封閉，出水處常設(shè)高位井，再連接下游輸水管道。
　　 泵站揚(yáng)程一般設(shè)計(jì)得不大，水泵多為大型污水泵、混流泵或軸流泵。城市污水流量的變化范圍比較大，導(dǎo)致泵站的前池水位等運(yùn)行參數(shù)變化幅度也比較大。針對(duì)這種變化，為使泵站具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力和在較高的效率下運(yùn)行，泵站設(shè)置的水泵機(jī)組臺(tái)數(shù)較多(一般大于5臺(tái))，而且將其中的部分機(jī)組設(shè)置為可調(diào)節(jié)機(jī)組，如變頻調(diào)速機(jī)組、葉片角度可調(diào)機(jī)組、有級(jí)變 速電機(jī)調(diào)速機(jī)組等。另外，目前的數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)都已發(fā)展到一個(gè)相當(dāng)高的水平，所以合流制污水治理工程中的大型污水泵站一般都建立有以可編程控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，泵站監(jiān)測(cè)手段比較先進(jìn)。

2 大型污水泵站的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容

　　 污水泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的內(nèi)容比較多，本文稱泵站開(kāi)、停機(jī)過(guò)程中的運(yùn)行工況為泵站瞬態(tài)工況，其他運(yùn)行工況稱為泵站穩(wěn)態(tài)工況。泵站在上述兩種工況下的測(cè)試內(nèi)容和要求不同，現(xiàn)分別討論。
2.1 泵站穩(wěn)態(tài)工況下的測(cè)試內(nèi)容
　　泵站在穩(wěn)態(tài)工況下的測(cè)試內(nèi)容包括：
　　①單泵機(jī)組運(yùn)行工作參數(shù)：電機(jī)輸入功率、水泵軸功率、流量、揚(yáng)程、凈揚(yáng)程、水泵轉(zhuǎn)速、水泵效率、泵站裝置效率等。其中包括可調(diào)節(jié)機(jī)組在不同轉(zhuǎn)速或葉片角度下的工作參數(shù)；?
　　②不同的機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)及其不同的運(yùn)行組合對(duì)運(yùn)行中的每一臺(tái)水泵機(jī)組工作性能的影響；
　　③泵站前池水力特性；
　　④出水高位井水力特性；
　　⑤振動(dòng)與噪聲。
2.2 泵站瞬態(tài)工況下的測(cè)試內(nèi)容
　　 泵站在瞬態(tài)工況下一般需測(cè)試以下內(nèi)容：
　　①開(kāi)機(jī)時(shí)前池水位降落值、出水高位井涌高值；?
　　②停機(jī)時(shí)前池水位涌高值、出水高位井降落值；?
　　③不同出水?dāng)嗔鞣绞?虹吸斷流、平直管出水拍門斷流、平直管出水液壓閥門斷流、平直管出水電動(dòng)閘閥斷流)在機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的過(guò)渡過(guò)程。包括測(cè)試機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中泵轉(zhuǎn)速、流量 、揚(yáng)程、水泵進(jìn)出口壓力、閥門或拍門開(kāi)度等參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線和最大啟動(dòng)揚(yáng)程、虹吸形成時(shí)間、駝峰頂部真空值等以及測(cè)試機(jī)組停機(jī)過(guò)程中泵轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程、水泵進(jìn)出口壓力、閥門或拍門開(kāi)度等參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線、飛逸轉(zhuǎn)速、真空破壞閥起作用斷流瞬時(shí)、駝峰頂部真空值、拍門對(duì)管道的沖擊力等。

3 大型污水泵站的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)

3.1 泵站穩(wěn)態(tài)工況下的測(cè)試技術(shù)
　　 大型污水泵站一般建有先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)基本上能滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的精度要求。對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由于采集的數(shù)據(jù)量較大，其數(shù)據(jù)掃描周期一般為幾秒至十幾秒，這對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況下的測(cè)量是能夠滿足要求的，但在瞬態(tài)工況下這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法利用。
　　可以利用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括電磁流量計(jì)監(jiān)測(cè)的流量，超聲波水位計(jì)監(jiān)測(cè)的前池和出水高位井水位，擴(kuò)散硅壓力變送器監(jiān)測(cè)的水泵進(jìn)出口壓力、轉(zhuǎn)速、葉片角度，有功功率表檢測(cè)的電機(jī)輸入有功功率或電量電度表檢測(cè)的一段時(shí)間內(nèi)的平均有功功率等。?
　　其他需要測(cè)試的參數(shù)則需要現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器或變送器組成具有不同功能單元的測(cè)試系統(tǒng)。例如：應(yīng)變式加速度型振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、脈沖精密聲級(jí)計(jì)和帶通濾波器噪聲測(cè)試系統(tǒng)、鋼弦測(cè)功 儀軸功率測(cè)試系統(tǒng)、寬域粒度分析儀污水泥沙分析系統(tǒng)、流速儀前池流速分布測(cè)試系統(tǒng)、流場(chǎng)顯示技術(shù)前池流態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)、實(shí)船推力儀軸向力測(cè)試系統(tǒng)等。?
　　上述各參數(shù)的測(cè)試原理可參見(jiàn)文獻(xiàn)［1～5］。
　　合流制治理工程的出口泵站一般不設(shè)置水泵流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，如上海合流制一期工程的出口泵站。但對(duì)已經(jīng)安裝了流量監(jiān)測(cè)儀器的機(jī)組，有時(shí)也需用不同的流量測(cè)試手段來(lái)進(jìn)行互相校核比較。 水泵流量是一個(gè)非常重要的物理量，它的測(cè)試精度對(duì)最終測(cè)試成果影響很大。實(shí)際上大型污水泵站的水泵流量測(cè)試目前是比較困難的大流量測(cè)試問(wèn)題，因此有必要討 論一下水泵流量測(cè)試問(wèn)題，作出在技術(shù)上可行且能夠滿足測(cè)試精度的優(yōu)選方案。?
　　出口泵站布置在污水處理設(shè)施后，雖然水中污物含量較少，也應(yīng)盡量不選擇接觸式流量測(cè)試方法如流速儀法測(cè)流(因水中污物極易纏繞流速儀)。電磁流量計(jì)和超聲波測(cè)流法應(yīng)是首選方案。管道式電磁流量計(jì)精度較高，但宜機(jī)組安裝時(shí)就考慮安裝在水泵出口處。插入式電磁流量計(jì)精度較低，不宜采用，而超聲波流量計(jì)安裝非常方便，只需按要求將探頭貼裝在管壁外，很適宜現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試安裝，且精度也較高，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的要求。因此，對(duì)于出口泵站和需要對(duì)原測(cè)流設(shè)備進(jìn)行流量校驗(yàn)比測(cè)的污水泵站，采用超聲波流量計(jì)測(cè)流法為優(yōu)選方案。
3.2 泵站瞬態(tài)工況下的測(cè)試技術(shù)
　　 由于瞬態(tài)過(guò)程歷時(shí)短，測(cè)試的實(shí)時(shí)性要求高，幾乎所有的泵站監(jiān)測(cè)儀表或計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的泵站性能參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均不能作為動(dòng)態(tài)工況的測(cè)試數(shù)據(jù)。因此，需要研制泵站動(dòng)態(tài) 工況計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件安裝必要的傳感器及變送器，如轉(zhuǎn)速傳感器、駝峰頂部真空壓力變送器、拍門對(duì)管道的沖擊力傳感器、流量變送器、水泵進(jìn)出口壓力變送器、閥門或拍門開(kāi)度傳感器等。?
駝峰頂部真空壓力變送器、水泵進(jìn)出口壓力變送器均選用擴(kuò)散硅壓力變送器，在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的前提下可以利用泵站監(jiān)測(cè)的水泵進(jìn)出口壓力信號(hào)為計(jì)算機(jī)采集，不必再重新安裝進(jìn)出口壓力變送器。流量變送器選擇為超聲波流量計(jì)，采用霍爾器件光電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速。
　　 閥門開(kāi)度的測(cè)量原理是：在閥門的旋轉(zhuǎn)軸上同心安裝一線繞式電位器，通過(guò)接口電路，將閥門動(dòng)作的角位移即閥門開(kāi)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，便于計(jì)算機(jī)采集。
　　拍門開(kāi)度的測(cè)量原理如圖1所示。

?

　　 由圖1可見(jiàn)，通過(guò)一定的傳動(dòng)裝置將拍門開(kāi)度轉(zhuǎn)化為角位移，該物理量可由數(shù)字編碼輸出的浮子式水位計(jì)經(jīng)簡(jiǎn)單的改造測(cè)得，從而將拍門開(kāi)度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量直接 由計(jì)算機(jī)采集。
　　拍門對(duì)管道的沖擊力可由力傳感器測(cè)量，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后為計(jì)算機(jī)采集。泵站瞬態(tài)工況下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖2所示。

4 測(cè)試實(shí)例及分析

　　上海合流制一期工程有兩座大型污水泵站：彭越浦泵站和出口泵站。
　　 彭越浦泵站安裝了8臺(tái)NPSV 1600—1340型污水泵，配YL1700—16雙鼠籠型電動(dòng)機(jī)，額定功 率1 700 kW，其中2號(hào)和7號(hào)機(jī)組為變頻調(diào)速機(jī)組。泵站設(shè)計(jì)流量40 m³/s，揚(yáng)程215.6 kPa。每臺(tái)機(jī)組出水管道上安裝了管道式電磁流量計(jì)，水泵進(jìn)出口安裝了擴(kuò)散硅壓力傳感器。格柵井、高位 井安裝了超聲波水位傳感器，每臺(tái)機(jī)組配備了電流、電壓、有功電度表以及水泵轉(zhuǎn)速和電機(jī)溫度傳感器，組成了以可編程控制器為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
　　出口泵站安裝了10臺(tái)1600HLB—12A立式混流泵，配套電機(jī)功率900 kW。泵站設(shè)計(jì)流量61 m³/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程102.9 kPa，其中3、4、7、8號(hào)機(jī)組為變頻調(diào)速機(jī)組。前池為開(kāi)敞式，出水處有高位井。除了每臺(tái)機(jī)組出水管道上沒(méi)有安裝管道式電磁流量計(jì)以外，同樣建有彭越浦泵站類 似的傳感器、儀表和計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
　　 在上述兩泵站的穩(wěn)態(tài)工況現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，充分利用了計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。選用了流速儀法來(lái)進(jìn)行彭越浦泵站的流量校核比測(cè)和出口泵站的流量測(cè)試，并研制了專門的流速儀法測(cè)流計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)。建立了AS —1C、120H—2H的應(yīng)變式加速度型振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、B&K公司制造的0.18 dB脈沖精密聲級(jí)計(jì)和帶通濾波器噪聲測(cè)試系統(tǒng)、鋼弦測(cè)功儀軸功率測(cè)試系統(tǒng)、NSY—2型寬域粒度分析儀污水泥沙分析系統(tǒng)、TM—1實(shí)船推力儀軸向力測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)得了水泵單機(jī)運(yùn)行工作性能、多機(jī)運(yùn)行工作性能、調(diào)速機(jī)組運(yùn)行工作性能、泵站前池水力特性、泵站在不同運(yùn)行條件下的振動(dòng)和噪聲以及污水物理特性等。
　　在出口泵站進(jìn)行了泵站瞬態(tài)工況的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試了開(kāi)機(jī)時(shí)前池水位降落值、出水高位井涌高值；停機(jī)時(shí)前池水位涌高值、出水高位井降落值。水泵斷流方式為直管拍門，測(cè)試了水泵 機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)渡過(guò)程轉(zhuǎn)速和水泵出口壓力的過(guò)渡過(guò)程線。停機(jī)過(guò)渡過(guò)程分兩種情況：拍門隨動(dòng)和拍門拒動(dòng)。上述測(cè)試時(shí)未另外安裝傳感器，而是利用泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有關(guān)傳 感器的輸出信號(hào)接入專門研制的泵站瞬態(tài)工況計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

5 結(jié)論

　　為了管理調(diào)度好合流制污水治理工程中的大型污水泵站，有必要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，提供調(diào)度的可靠依據(jù)。?
　　污水泵站在穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況下的測(cè)試內(nèi)容和要求不同。穩(wěn)態(tài)工況下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可以充分利用泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)且能滿足測(cè)試精度要求；瞬態(tài)工況下的測(cè)試要求另行安裝必要的傳感器 和變送器以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　基于污水泵站的特點(diǎn)，測(cè)試手段盡量選擇非接觸式，如用超聲波流量計(jì)測(cè)流和超聲波水位計(jì)測(cè)水位。超聲波測(cè)流法應(yīng)作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流的首選方案。

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　　收稿日期：1999-04-12