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的基礎(chǔ)上，對其在穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況下的現(xiàn)場測試內(nèi)容和技術(shù)進行了研究，并結(jié)合實例分析 得出了一些有益的結(jié)論，可供污水泵站測試時參考。
　　關(guān)鍵詞：合流污水治理工程；污水泵站；現(xiàn)場測試
　　中圖分類號：TU992.25
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(1999)10-0044-03

　　合流制污水治理工程是一項能夠改善城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施，通過改造原有市區(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?shù)奈鬯幚砗笈湃胼^大水體擴散和稀釋，達到治理市區(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。通過泵站現(xiàn)場測試，可以得到泵站的主要技術(shù)參數(shù)和控制參 數(shù)，同時也可以驗證設(shè)計中采用的技術(shù)參數(shù)，從而為管理運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對其現(xiàn)場測試的主要內(nèi)容和技術(shù)進行分析研究，同時以上海合流制一期工程中的彭越浦泵站和出口泵站為實例，介紹這些泵站現(xiàn)場測試時采用的方案并作有關(guān)分析，得出一些有益的結(jié)論，供污水泵站測試時參考。

1 大型污水泵站的特點

　　 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。?
　　 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。
　　 泵站揚程一般設(shè)計得不大，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行參數(shù)變化幅度也比較大。針對這種變化，為使泵站具有較強的調(diào)節(jié)能力和在較高的效率下運行，泵站設(shè)置的水泵機組臺數(shù)較多(一般大于5臺)，而且將其中的部分機組設(shè)置為可調(diào)節(jié)機組，如變頻調(diào)速機組、葉片角度可調(diào)機組、有級變 速電機調(diào)速機組等。另外，目前的數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制技術(shù)、計算機和通訊技術(shù)都已發(fā)展到一個相當高的水平，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)控制計算機為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，泵站監(jiān)測手段比較先進。

2 大型污水泵站的現(xiàn)場測試內(nèi)容

　　 污水泵站現(xiàn)場測試的內(nèi)容比較多，本文稱泵站開、停機過程中的運行工況為泵站瞬態(tài)工況，其他運行工況稱為泵站穩(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)工況下的測試內(nèi)容
　　泵站在穩(wěn)態(tài)工況下的測試內(nèi)容包括：
　?、賳伪脵C組運行工作參數(shù)：電機輸入功率、水泵軸功率、流量、揚程、凈揚程、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)機組在不同轉(zhuǎn)速或葉片角度下的工作參數(shù)；?
　　②不同的機組運行臺數(shù)及其不同的運行組合對運行中的每一臺水泵機組工作性能的影響；
　　③泵站前池水力特性；
　?、艹鏊呶痪μ匦?；
　?、菡駝优c噪聲。
2.2 泵站瞬態(tài)工況下的測試內(nèi)容
　　 泵站在瞬態(tài)工況下一般需測試以下內(nèi)容：
　?、匍_機時前池水位降落值、出水高位井涌高值；?
　?、谕C時前池水位涌高值、出水高位井降落值；?
　　③不同出水斷流方式(虹吸斷流、平直管出水拍門斷流、平直管出水液壓閥門斷流、平直管出水電動閘閥斷流)在機組啟動和停機時的過渡過程。包括測試機組啟動過程中泵轉(zhuǎn)速、流量 、揚程、水泵進出口壓力、閥門或拍門開度等參數(shù)隨時間的變化曲線和最大啟動揚程、虹吸形成時間、駝峰頂部真空值等以及測試機組停機過程中泵轉(zhuǎn)速、流量、揚程、水泵進出口壓力、閥門或拍門開度等參數(shù)隨時間的變化曲線、飛逸轉(zhuǎn)速、真空破壞閥起作用斷流瞬時、駝峰頂部真空值、拍門對管道的沖擊力等。

3 大型污水泵站的現(xiàn)場測試技術(shù)

3.1 泵站穩(wěn)態(tài)工況下的測試技術(shù)
　　 大型污水泵站一般建有先進的監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)基本上能滿足現(xiàn)場測試的精度要求。對于數(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，這對于穩(wěn)態(tài)工況下的測量是能夠滿足要求的，但在瞬態(tài)工況下這些監(jiān)測數(shù)據(jù)無法利用。
　　可以利用的監(jiān)測數(shù)據(jù)包括電磁流量計監(jiān)測的流量，超聲波水位計監(jiān)測的前池和出水高位井水位，擴散硅壓力變送器監(jiān)測的水泵進出口壓力、轉(zhuǎn)速、葉片角度，有功功率表檢測的電機輸入有功功率或電量電度表檢測的一段時間內(nèi)的平均有功功率等。?
　　其他需要測試的參數(shù)則需要現(xiàn)場安裝傳感器或變送器組成具有不同功能單元的測試系統(tǒng)。例如：應(yīng)變式加速度型振動測試系統(tǒng)、脈沖精密聲級計和帶通濾波器噪聲測試系統(tǒng)、鋼弦測功 儀軸功率測試系統(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試系統(tǒng)、流場顯示技術(shù)前池流態(tài)觀測系統(tǒng)、實船推力儀軸向力測試系統(tǒng)等。?
　　上述各參數(shù)的測試原理可參見文獻［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)測設(shè)備，如上海合流制一期工程的出口泵站。但對已經(jīng)安裝了流量監(jiān)測儀器的機組，有時也需用不同的流量測試手段來進行互相校核比較。 水泵流量是一個非常重要的物理量，它的測試精度對最終測試成果影響很大。實際上大型污水泵站的水泵流量測試目前是比較困難的大流量測試問題，因此有必要討 論一下水泵流量測試問題，作出在技術(shù)上可行且能夠滿足測試精度的優(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試方法如流速儀法測流(因水中污物極易纏繞流速儀)。電磁流量計和超聲波測流法應(yīng)是首選方案。管道式電磁流量計精度較高，但宜機組安裝時就考慮安裝在水泵出口處。插入式電磁流量計精度較低，不宜采用，而超聲波流量計安裝非常方便，只需按要求將探頭貼裝在管壁外，很適宜現(xiàn)場測試安裝，且精度也較高，能夠滿足現(xiàn)場測試的要求。因此，對于出口泵站和需要對原測流設(shè)備進行流量校驗比測的污水泵站，采用超聲波流量計測流法為優(yōu)選方案。
3.2 泵站瞬態(tài)工況下的測試技術(shù)
　　 由于瞬態(tài)過程歷時短，測試的實時性要求高，幾乎所有的泵站監(jiān)測儀表或計算機監(jiān)測系統(tǒng)的泵站性能參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)均不能作為動態(tài)工況的測試數(shù)據(jù)。因此，需要研制泵站動態(tài) 工況計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和結(jié)合現(xiàn)場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、拍門對管道的沖擊力傳感器、流量變送器、水泵進出口壓力變送器、閥門或拍門開度傳感器等。?
駝峰頂部真空壓力變送器、水泵進出口壓力變送器均選用擴散硅壓力變送器，在現(xiàn)場條件允許的前提下可以利用泵站監(jiān)測的水泵進出口壓力信號為計算機采集，不必再重新安裝進出口壓力變送器。流量變送器選擇為超聲波流量計，采用霍爾器件光電式轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速。
　　 閥門開度的測量原理是：在閥門的旋轉(zhuǎn)軸上同心安裝一線繞式電位器，通過接口電路，將閥門動作的角位移即閥門開度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，便于計算機采集。
　　拍門開度的測量原理如圖1所示。

?

　　 由圖1可見，通過一定的傳動裝置將拍門開度轉(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經(jīng)簡單的改造測得，從而將拍門開度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量直接 由計算機采集。
　　拍門對管道的沖擊力可由力傳感器測量，傳感器的輸出信號經(jīng)信號調(diào)理后為計算機采集。泵站瞬態(tài)工況下現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖2所示。

4 測試實例及分析

　　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NPSV 1600—1340型污水泵，配YL1700—16雙鼠籠型電動機，額定功 率1 700 kW，其中2號和7號機組為變頻調(diào)速機組。泵站設(shè)計流量40 m³/s，揚程215.6 kPa。每臺機組出水管道上安裝了管道式電磁流量計，水泵進出口安裝了擴散硅壓力傳感器。格柵井、高位 井安裝了超聲波水位傳感器，每臺機組配備了電流、電壓、有功電度表以及水泵轉(zhuǎn)速和電機溫度傳感器，組成了以可編程控制器為基礎(chǔ)的計算機監(jiān)測系統(tǒng)。
　　出口泵站安裝了10臺1600HLB—12A立式混流泵，配套電機功率900 kW。泵站設(shè)計流量61 m³/s，設(shè)計揚程102.9 kPa，其中3、4、7、8號機組為變頻調(diào)速機組。前池為開敞式，出水處有高位井。除了每臺機組出水管道上沒有安裝管道式電磁流量計以外，同樣建有彭越浦泵站類 似的傳感器、儀表和計算機監(jiān)測系統(tǒng)。
　　 在上述兩泵站的穩(wěn)態(tài)工況現(xiàn)場測試時，充分利用了計算機監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。選用了流速儀法來進行彭越浦泵站的流量校核比測和出口泵站的流量測試，并研制了專門的流速儀法測流計算機采集系統(tǒng)。建立了AS —1C、120H—2H的應(yīng)變式加速度型振動測試系統(tǒng)、B&K公司制造的0.18 dB脈沖精密聲級計和帶通濾波器噪聲測試系統(tǒng)、鋼弦測功儀軸功率測試系統(tǒng)、NSY—2型寬域粒度分析儀污水泥沙分析系統(tǒng)、TM—1實船推力儀軸向力測試系統(tǒng)。測得了水泵單機運行工作性能、多機運行工作性能、調(diào)速機組運行工作性能、泵站前池水力特性、泵站在不同運行條件下的振動和噪聲以及污水物理特性等。
　　在出口泵站進行了泵站瞬態(tài)工況的現(xiàn)場測試，測試了開機時前池水位降落值、出水高位井涌高值；停機時前池水位涌高值、出水高位井降落值。水泵斷流方式為直管拍門，測試了水泵 機組啟動和停機過渡過程轉(zhuǎn)速和水泵出口壓力的過渡過程線。停機過渡過程分兩種情況：拍門隨動和拍門拒動。上述測試時未另外安裝傳感器，而是利用泵站計算機監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)傳 感器的輸出信號接入專門研制的泵站瞬態(tài)工況計算機數(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，有必要通過現(xiàn)場測試驗證設(shè)計參數(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)工況下的測試內(nèi)容和要求不同。穩(wěn)態(tài)工況下的現(xiàn)場測試可以充分利用泵站監(jiān)測系統(tǒng)且能滿足測試精度要求；瞬態(tài)工況下的測試要求另行安裝必要的傳感器 和變送器以及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　基于污水泵站的特點，測試手段盡量選擇非接觸式，如用超聲波流量計測流和超聲波水位計測水位。超聲波測流法應(yīng)作為現(xiàn)場測流的首選方案。

參考文獻：
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　　收稿日期：1999-04-12