合流制截流工程大型污水泵站的现场测试

于永海，陈毓陵，徐辉
(河海大学 水利水电工程学院，江苏南京 210098)

　　摘　要：在分析合流制污水治理工程大型污水泵站特点的基础上，对其在稳态工况和瞬态工况下的现场测试内容和技术进行了研究，并结合实例分析 得出了一些有益的结论，可供污水泵站测试时参考。
　　关键词：合流污水治理工程；污水泵站；现场测试
　　中图分类号：TU992.25
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(1999)10-0044-03

　　合流制污水治理工程是一项能够改善城市环境基础设施，通过改造原有市区污水管道系统中的污水泵站，新建截流泵站和必要的截流设施，埋设截流总管，截取排入市区河道的污水(在合流制污水治理工程中包含工程控制面积内的大部分雨水，文中污水的定义均指合流污水)，经大型污水泵站提升和适当的污水处理后排入较大水体扩散和稀释，达到治理市区河道污染改善城市环境的目的。大型污水泵站对合流制污水治理工程起着关键性的控制作用，它是工程的重要组成部分。通过泵站现场测试，可以得到泵站的主要技术参数和控制参 数，同时也可以验证设计中采用的技术参数，从而为管理运行好泵站提供可靠的依据。本文结合大型污水泵站的特点对其现场测试的主要内容和技术进行分析研究，同时以上海合流制一期工程中的彭越浦泵站和出口泵站为实例，介绍这些泵站现场测试时采用的方案并作有关分析，得出一些有益的结论，供污水泵站测试时参考。

1 大型污水泵站的特点

　　 合流制污水治理工程中的大型污水泵站与常规泵站相比，有一些自身的特点。?
　　 污水泵站建设在城市范围内，占地面积受到限制，泵站布置比较紧凑。其前池、进出水池一般封闭，出水处常设高位井，再连接下游输水管道。
　　 泵站扬程一般设计得不大，水泵多为大型污水泵、混流泵或轴流泵。城市污水流量的变化范围比较大，导致泵站的前池水位等运行参数变化幅度也比较大。针对这种变化，为使泵站具有较强的调节能力和在较高的效率下运行，泵站设置的水泵机组台数较多(一般大于5台)，而且将其中的部分机组设置为可调节机组，如变频调速机组、叶片角度可调机组、有级变 速电机调速机组等。另外，目前的数据采集和工业控制技术、计算机和通讯技术都已发展到一个相当高的水平，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编程控制器和工业控制计算机为基础的数据采集系统，泵站监测手段比较先进。

2 大型污水泵站的现场测试内容

　　 污水泵站现场测试的内容比较多，本文称泵站开、停机过程中的运行工况为泵站瞬态工况，其他运行工况称为泵站稳态工况。泵站在上述两种工况下的测试内容和要求不同，现分别讨论。
2.1 泵站稳态工况下的测试内容
　　泵站在稳态工况下的测试内容包括：
　　①单泵机组运行工作参数：电机输入功率、水泵轴功率、流量、扬程、净扬程、水泵转速、水泵效率、泵站装置效率等。其中包括可调节机组在不同转速或叶片角度下的工作参数；?
　　②不同的机组运行台数及其不同的运行组合对运行中的每一台水泵机组工作性能的影响；
　　③泵站前池水力特性；
　　④出水高位井水力特性；
　　⑤振动与噪声。
2.2 泵站瞬态工况下的测试内容
　　 泵站在瞬态工况下一般需测试以下内容：
　　①开机时前池水位降落值、出水高位井涌高值；?
　　②停机时前池水位涌高值、出水高位井降落值；?
　　③不同出水断流方式(虹吸断流、平直管出水拍门断流、平直管出水液压阀门断流、平直管出水电动闸阀断流)在机组启动和停机时的过渡过程。包括测试机组启动过程中泵转速、流量 、扬程、水泵进出口压力、阀门或拍门开度等参数随时间的变化曲线和最大启动扬程、虹吸形成时间、驼峰顶部真空值等以及测试机组停机过程中泵转速、流量、扬程、水泵进出口压力、阀门或拍门开度等参数随时间的变化曲线、飞逸转速、真空破坏阀起作用断流瞬时、驼峰顶部真空值、拍门对管道的冲击力等。

3 大型污水泵站的现场测试技术

3.1 泵站稳态工况下的测试技术
　　 大型污水泵站一般建有先进的监测系统，其监测的数据基本上能满足现场测试的精度要求。对于数据采集系统，由于采集的数据量较大，其数据扫描周期一般为几秒至十几秒，这对于稳态工况下的测量是能够满足要求的，但在瞬态工况下这些监测数据无法利用。
　　可以利用的监测数据包括电磁流量计监测的流量，超声波水位计监测的前池和出水高位井水位，扩散硅压力变送器监测的水泵进出口压力、转速、叶片角度，有功功率表检测的电机输入有功功率或电量电度表检测的一段时间内的平均有功功率等。?
　　其他需要测试的参数则需要现场安装传感器或变送器组成具有不同功能单元的测试系统。例如：应变式加速度型振动测试系统、脉冲精密声级计和带通滤波器噪声测试系统、钢弦测功 仪轴功率测试系统、宽域粒度分析仪污水泥沙分析系统、流速仪前池流速分布测试系统、流场显示技术前池流态观测系统、实船推力仪轴向力测试系统等。?
　　上述各参数的测试原理可参见文献［1～5］。
　　合流制治理工程的出口泵站一般不设置水泵流量监测设备，如上海合流制一期工程的出口泵站。但对已经安装了流量监测仪器的机组，有时也需用不同的流量测试手段来进行互相校核比较。 水泵流量是一个非常重要的物理量，它的测试精度对最终测试成果影响很大。实际上大型污水泵站的水泵流量测试目前是比较困难的大流量测试问题，因此有必要讨 论一下水泵流量测试问题，作出在技术上可行且能够满足测试精度的优选方案。?
　　出口泵站布置在污水处理设施后，虽然水中污物含量较少，也应尽量不选择接触式流量测试方法如流速仪法测流(因水中污物极易缠绕流速仪)。电磁流量计和超声波测流法应是首选方案。管道式电磁流量计精度较高，但宜机组安装时就考虑安装在水泵出口处。插入式电磁流量计精度较低，不宜采用，而超声波流量计安装非常方便，只需按要求将探头贴装在管壁外，很适宜现场测试安装，且精度也较高，能够满足现场测试的要求。因此，对于出口泵站和需要对原测流设备进行流量校验比测的污水泵站，采用超声波流量计测流法为优选方案。
3.2 泵站瞬态工况下的测试技术
　　 由于瞬态过程历时短，测试的实时性要求高，几乎所有的泵站监测仪表或计算机监测系统的泵站性能参数监测数据均不能作为动态工况的测试数据。因此，需要研制泵站动态 工况计算机数据采集系统和结合现场条件安装必要的传感器及变送器，如转速传感器、驼峰顶部真空压力变送器、拍门对管道的冲击力传感器、流量变送器、水泵进出口压力变送器、阀门或拍门开度传感器等。?
驼峰顶部真空压力变送器、水泵进出口压力变送器均选用扩散硅压力变送器，在现场条件允许的前提下可以利用泵站监测的水泵进出口压力信号为计算机采集，不必再重新安装进出口压力变送器。流量变送器选择为超声波流量计，采用霍尔器件光电式转速传感器测量转速。
　　 阀门开度的测量原理是：在阀门的旋转轴上同心安装一线绕式电位器，通过接口电路，将阀门动作的角位移即阀门开度转变为电信号输出，便于计算机采集。
　　拍门开度的测量原理如图1所示。

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　　 由图1可见，通过一定的传动装置将拍门开度转化为角位移，该物理量可由数字编码输出的浮子式水位计经简单的改造测得，从而将拍门开度转化为数字量直接 由计算机采集。
　　拍门对管道的冲击力可由力传感器测量，传感器的输出信号经信号调理后为计算机采集。泵站瞬态工况下现场测试数据采集系统构成原理如图2所示。

4 测试实例及分析

　　上海合流制一期工程有两座大型污水泵站：彭越浦泵站和出口泵站。
　　 彭越浦泵站安装了8台NPSV 1600—1340型污水泵，配YL1700—16双鼠笼型电动机，额定功 率1 700 kW，其中2号和7号机组为变频调速机组。泵站设计流量40 m³/s，扬程215.6 kPa。每台机组出水管道上安装了管道式电磁流量计，水泵进出口安装了扩散硅压力传感器。格栅井、高位 井安装了超声波水位传感器，每台机组配备了电流、电压、有功电度表以及水泵转速和电机温度传感器，组成了以可编程控制器为基础的计算机监测系统。
　　出口泵站安装了10台1600HLB—12A立式混流泵，配套电机功率900 kW。泵站设计流量61 m³/s，设计扬程102.9 kPa，其中3、4、7、8号机组为变频调速机组。前池为开敞式，出水处有高位井。除了每台机组出水管道上没有安装管道式电磁流量计以外，同样建有彭越浦泵站类 似的传感器、仪表和计算机监测系统。
　　 在上述两泵站的稳态工况现场测试时，充分利用了计算机监测系统的数据。选用了流速仪法来进行彭越浦泵站的流量校核比测和出口泵站的流量测试，并研制了专门的流速仪法测流计算机采集系统。建立了AS —1C、120H—2H的应变式加速度型振动测试系统、B&K公司制造的0.18 dB脉冲精密声级计和带通滤波器噪声测试系统、钢弦测功仪轴功率测试系统、NSY—2型宽域粒度分析仪污水泥沙分析系统、TM—1实船推力仪轴向力测试系统。测得了水泵单机运行工作性能、多机运行工作性能、调速机组运行工作性能、泵站前池水力特性、泵站在不同运行条件下的振动和噪声以及污水物理特性等。
　　在出口泵站进行了泵站瞬态工况的现场测试，测试了开机时前池水位降落值、出水高位井涌高值；停机时前池水位涌高值、出水高位井降落值。水泵断流方式为直管拍门，测试了水泵 机组启动和停机过渡过程转速和水泵出口压力的过渡过程线。停机过渡过程分两种情况：拍门随动和拍门拒动。上述测试时未另外安装传感器，而是利用泵站计算机监测系统有关传 感器的输出信号接入专门研制的泵站瞬态工况计算机数据采集系统。

5 结论

　　为了管理调度好合流制污水治理工程中的大型污水泵站，有必要通过现场测试验证设计参数，提供调度的可靠依据。?
　　污水泵站在稳态工况和瞬态工况下的测试内容和要求不同。稳态工况下的现场测试可以充分利用泵站监测系统且能满足测试精度要求；瞬态工况下的测试要求另行安装必要的传感器 和变送器以及计算机数据采集系统。
　　基于污水泵站的特点，测试手段尽量选择非接触式，如用超声波流量计测流和超声波水位计测水位。超声波测流法应作为现场测流的首选方案。

参考文献：
　　［1］李继珊.泵站测试技术［M］.水利电力出版社，1988.
　　［2］水利电力部部颁标准SD140—85.泵站现场测试规程［S］，水利电力出版社，1985.
　　［3］张训时.水力量测及原理［M］.清华大学出版社，1980
　　［4］李建威.水力机械测试技术［M］.机械工业出版社，1981.
　　［5］仲付维.上海市合流污水治理一期工程现场水力试验研究［M］.河海大学出版社，1995.

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　　收稿日期：1999-04-12