于永海，陳毓陵，徐輝
(河海大學 水利水電工程學院，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上，對其在穩態工況和瞬態工況下的現場測試內容和技術進行了研究，并結合實例分析 得出了一些有益的結論，可供污水泵站測試時參考。
　　關鍵詞：合流污水治理工程；污水泵站；現場測試
　　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境基礎設施，通過改造原有市區污水管道系統中的污水泵站，新建截流泵站和必要的截流設施，埋設截流總管，截取排入市區河道的污水(在合流制污水治理工程中包含工程控制面積內的大部分雨水，文中污水的定義均指合流污水)，經大型污水泵站提升和適當的污水處理后排入較大水體擴散和稀釋，達到治理市區河道污染改善城市環境的目的。大型污水泵站對合流制污水治理工程起著關鍵性的控制作用，它是工程的重要組成部分。通過泵站現場測試，可以得到泵站的主要技術參數和控制參 數，同時也可以驗證設計中采用的技術參數，從而為管理運行好泵站提供可靠的依據。本文結合大型污水泵站的特點對其現場測試的主要內容和技術進行分析研究，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，介紹這些泵站現場測試時采用的方案并作有關分析，得出一些有益的結論，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泵站相比，有一些自身的特點。?
　　 污水泵站建設在城市范圍內，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，出水處常設高位井，再連接下游輸水管道。
　　 泵站揚程一般設計得不大，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，導致泵站的前池水位等運行參數變化幅度也比較大。針對這種變化，為使泵站具有較強的調節能力和在較高的效率下運行，泵站設置的水泵機組臺數較多(一般大于5臺)，而且將其中的部分機組設置為可調節機組，如變頻調速機組、葉片角度可調機組、有級變 速電機調速機組等。另外，目前的數據采集和工業控制技術、計算機和通訊技術都已發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控制計算機為基礎的數據采集系統，泵站監測手段比較先進。

2 大型污水泵站的現場測試內容

　　 污水泵站現場測試的內容比較多，本文稱泵站開、停機過程中的運行工況為泵站瞬態工況，其他運行工況稱為泵站穩態工況。泵站在上述兩種工況下的測試內容和要求不同，現分別討論。
2.1 泵站穩態工況下的測試內容
　　泵站在穩態工況下的測試內容包括：
　　①單泵機組運行工作參數：電機輸入功率、水泵軸功率、流量、揚程、凈揚程、水泵轉速、水泵效率、泵站裝置效率等。其中包括可調節機組在不同轉速或葉片角度下的工作參數；?
　　②不同的機組運行臺數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；
　　④出水高位井水力特性；
　　⑤振動與噪聲。
2.2 泵站瞬態工況下的測試內容
　　 泵站在瞬態工況下一般需測試以下內容：
　　①開機時前池水位降落值、出水高位井涌高值；?
　　②停機時前池水位涌高值、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速、流量 、揚程、水泵進出口壓力、閥門或拍門開度等參數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速、流量、揚程、水泵進出口壓力、閥門或拍門開度等參數隨時間的變化曲線、飛逸轉速、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 大型污水泵站的現場測試技術

3.1 泵站穩態工況下的測試技術
　　 大型污水泵站一般建有先進的監測系統，其監測的數據基本上能滿足現場測試的精度要求。對于數據采集系統，由于采集的數據量較大，其數據掃描周期一般為幾秒至十幾秒，這對于穩態工況下的測量是能夠滿足要求的，但在瞬態工況下這些監測數據無法利用。
　　可以利用的監測數據包括電磁流量計監測的流量，超聲波水位計監測的前池和出水高位井水位，擴散硅壓力變送器監測的水泵進出口壓力、轉速、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的平均有功功率等。?
　　其他需要測試的參數則需要現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。例如：應變式加速度型振動測試系統、脈沖精密聲級計和帶通濾波器噪聲測試系統、鋼弦測功 儀軸功率測試系統、寬域粒度分析儀污水泥沙分析系統、流速儀前池流速分布測試系統、流場顯示技術前池流態觀測系統、實船推力儀軸向力測試系統等。?
　　上述各參數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置水泵流量監測設備，如上海合流制一期工程的出口泵站。但對已經安裝了流量監測儀器的機組，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，作出在技術上可行且能夠滿足測試精度的優選方案。?
　　出口泵站布置在污水處理設施后，雖然水中污物含量較少，也應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，很適宜現場測試安裝，且精度也較高，能夠滿足現場測試的要求。因此，對于出口泵站和需要對原測流設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選方案。
3.2 泵站瞬態工況下的測試技術
　　 由于瞬態過程歷時短，測試的實時性要求高，幾乎所有的泵站監測儀表或計算機監測系統的泵站性能參數監測數據均不能作為動態工況的測試數據。因此，需要研制泵站動態 工況計算機數據采集系統和結合現場條件安裝必要的傳感器及變送器，如轉速傳感器、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，在現場條件允許的前提下可以利用泵站監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速傳感器測量轉速。
　　 閥門開度的測量原理是：在閥門的旋轉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變為電信號輸出，便于計算機采集。
　　拍門開度的測量原理如圖1所示。

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　　 由圖1可見，通過一定的傳動裝置將拍門開度轉化為角位移，該物理量可由數字編碼輸出的浮子式水位計經簡單的改造測得，從而將拍門開度轉化為數字量直接 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信號調理后為計算機采集。泵站瞬態工況下現場測試數據采集系統構成原理如圖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號機組為變頻調速機組。泵站設計流量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速和電機溫度傳感器，組成了以可編程控制器為基礎的計算機監測系統。
　　出口泵站安裝了10臺1600HLB—12A立式混流泵，配套電機功率900 kW。泵站設計流量61 m³/s，設計揚程102.9 kPa，其中3、4、7、8號機組為變頻調速機組。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、儀表和計算機監測系統。
　　 在上述兩泵站的穩態工況現場測試時，充分利用了計算機監測系統的數據。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。建立了AS —1C、120H—2H的應變式加速度型振動測試系統、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、鋼弦測功儀軸功率測試系統、NSY—2型寬域粒度分析儀污水泥沙分析系統、TM—1實船推力儀軸向力測試系統。測得了水泵單機運行工作性能、多機運行工作性能、調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工況的現場測試，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測系統有關傳 感器的輸出信號接入專門研制的泵站瞬態工況計算機數據采集系統。

5 結論

　　為了管理調度好合流制污水治理工程中的大型污水泵站，有必要通過現場測試驗證設計參數，提供調度的可靠依據。?
　　污水泵站在穩態工況和瞬態工況下的測試內容和要求不同。穩態工況下的現場測試可以充分利用泵站監測系統且能滿足測試精度要求；瞬態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據采集系統。
　　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。超聲波測流法應作為現場測流的首選方案。

參考文獻：
　　［1］李繼珊.泵站測試技術［M］.水利電力出版社，1988.
　　［2］水利電力部部頒標準SD140—85.泵站現場測試規程［S］，水利電力出版社，1985.
　　［3］張訓時.水力量測及原理［M］.清華大學出版社，1980
　　［4］李建威.水力機械測試技術［M］.機械工業出版社，1981.
　　［5］仲付維.上海市合流污水治理一期工程現場水力試驗研究［M］.河海大學出版社，1995.

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　　收稿日期：1999-04-12