馮家山張謝泵站更新改造工程水機設計

尹會兵 齊 蘭

（寶雞市水利水電規劃勘測設計院 陜西 寶雞 721000）

1 概況

張謝泵站位于陳倉區周原鎮張謝村，是馮家山大型灌溉泵站的組成部分，隸屬于總干灌溉系統。泵站灌區范圍：東至慕儀鎮風朝村，南至周原鎮張謝村，北至周原鎮第二村，灌溉陳倉區周原鎮、慕儀鎮28個村154個組的農田，設施灌溉面積5.76萬畝，現有效灌溉面積4.20萬畝，區域現有農業人口6.86萬人。張謝抽水站是在馮家山水庫灌區總干渠樁號25+541.5處設閘引水，引水渠長125m，設計引水流量2.14m3/s，出水池分高低池，揚程分別為 45.52m、35.84m，流量分別為1.14m3/s、1.0m3/s，安裝7臺臥式離心式水泵，泵站總裝機功率1360kW。

2 水泵選型設計

本次張謝泵站更新改造工程全部在原泵站地址和范圍內進行，不改變原泵站工程提水揚程、流量和灌溉面積總規模，不擴大站址占地面積。

根據設計原則和設計揚程的條件，本站擬采用sh型單級雙吸離心泵。查閱有關廠家提供的產品性能表，14sh-13型水泵揚程高效區揚程為35m～48.5m，滿足高出水池揚程；14sh-13A型水泵高效區揚程為31.5m～42m，滿足低出水池揚程。因此，本工程初選水泵為：高出水池4臺14sh-13型單級雙吸離心泵（配套電機為Y450-4/220）、低出水池3臺14sh-13A型單級雙吸離心泵（配套電機為Y450-4/160）。

2.1 水泵選型校核

2.1.1 管路水頭損失系數

由于水泵管道材質、管徑不同，為了方便計算，把各水泵管道分為三段。根據公式：

式中，hf——沿程水頭損失；

hj——局部水頭損失；

l——管路長度；

d——管道直徑；

n——管道粗糙系數。

分別計算出各水泵不同管段的損失系數K，計算結果如表1。

2.1.2 水泵工作點校核

查廠家提供的水泵樣本上的水泵性能曲線，根據水頭損失計算結果，計算繪制各泵不同工況的運行曲線，并求得水泵正常運行時的工作點。得到各泵工作點參數，見表2。

由上表可知，各泵工作點參數均在高效區，并滿足流量要求。泵站初選水泵：高出水池4臺14sh-13型單級雙吸離心泵、低出水池3臺14sh-13A型單級雙吸離心泵是可行的。

2.2 水泵安裝高程復核

2.2.1 14sh-13型水泵安裝高程的確定

已知水泵的允許汽蝕余量（NPSH）sr時，水泵的安裝高程是根據公式▽安＝▽進+H允吸來復核。其中，水泵的允許吸水高度：

式中，▽進為進水池最低水位，已知14sh-13型水泵允許汽蝕余量為6.3，進水池最低運行水位為685.71m，查得p大氣/γ=9.5m。運行期間進水池最高水溫為40℃，可知 p汽/γ=0.75m.。

吸水管水頭損失為：

式中，L吸=9.0m，ζ喇=0.1，ζ90°=1.0，ζ漸=0.17，D吸=0.5m，鋼管糙率 n=0.012，Q=0.32。計算得=0.265m。

14sh-13型水泵允許吸水高度則為：H允吸=9.5-0.75-6.3-0.265=2.185m

水泵安裝高程為：

▽安=685.71+2.185=687.895m。根據現場地形狀況，采用686.8m。

2.2.214 sh-13A型水泵安裝高程的確定

同理可計算得▽H安＝687.926m

為方便運行管理，兩種水泵出水管管中心線高程保持一致，采用686.8m。

2.3 水泵零部件材質

根據現有水泵設備制造水平，泵體選用球磨鑄鐵，葉輪選用5#鋼板熱壓成型焊接，工作面噴鍍Ni60，泵軸選用45#鋼鍛壓處理，軸承體采用鑄鐵HT250，軸承壓蓋選用25#鋼，填料壓蓋選用球墨鑄鐵，水封環選用不銹鋼，填料套選用鑄鋼ZG270-500，密封環選用鑄鋼ZG270-500Z，工作面噴鍍Ni60，軸套選用鑄鋼ZG270-500。

2.4 泵站水錘及其防護

經分析計算，并參照已成類似泵站工程，水錘壓力取靜水壓力的35%計算，本泵站瞬時最大內水壓力為60m，即最大水錘壓力將達到0.6MPa。為防止水錘發生時的不良影響，水泵出口配置重錘式自動保壓鎖定型液控緩閉蝶閥，以達到防水錘的目的。

表1 管道損失系數表

表2 各泵機工作點參數表

2.5 主機組布置

本站水泵電動機組共7組，水泵軸線為一列式布置，機組間距為1.8m。水泵采用開敞式單機單管進水方式，雙機并管出流。

3 其他輔助設備

3.1 泵站真空系統

根據泵站水泵機組規模，為滿足水泵啟動需要，泵站設置兩臺真空泵。

3.1.1 真空泵選型

按公式V=LπD2/4計算需要抽真空體積，V=1.9m3。

按公式Q=KVHa/T(Ha-Hs)計算流量，其中，T=5min，Q=0.53m3/min。

選擇SZ-1型真空泵，最大吸氣量為1.5m3/min，總功率為 4.5kW，轉速為1450r/min，最大真空度為84%，進出口口徑均為70mm，供水量為10L/min，最大壓力為1kg/cm2，保證真空度為80%，泵重量為140kg。

3.1.2 真空泵布置

廠房內設置SZ-1型真空泵2臺，其中1臺運行，1臺備用。真空管路主管選φ50鍍鋅鋼管，支架敷設；支管選φ25鍍鋅鋼管，隨機組敷設。管道防銹采用底漆刷紅丹防銹漆兩遍，面漆刷白色調和漆一遍的方式。控制閘閥按自動化要求選用電磁閥。

3.2 泵站供水系統

本站水泵不設專用技術供水系統，其他用水自機井引來。

3.3 泵站排水系統

為排除水泵運行檢修滲漏水，沿水泵機組四周設排水小溝，設150mm×100mm砼排水主溝，比降1%；在廠房內設1000mm×1000mm×3000mm現澆C20鋼筋砼集水井，配置2臺50QW-20型潛水排污泵和壓阻式液位變送器，自動控制開啟排水泵，直接排入前池。

3.4 泵站供油系統

由于泵站條件限制，不專設供油系統，配置備用油桶及小型儲油設施。

3.5 泵站起重設備及機修設備

起重設備按泵站最重件考慮，電機重量為3.63t，選用HD型起重機，額定起吊量5t，行車跨度為7.4m，操作方式為地面操作。行車滑觸線選HXTS-4-25/120型，總長80m。

機修設備按規范及泵站檢修實際需要，配備設備有管鉗、臺虎鉗、三相砂輪機、臺鉆、空壓機、電焊機、工作案、葉輪裝卸設備、螺旋千斤頂、水準儀等，具體數量根據泵站實際需要確定。

3.6 泵站通風與采暖

主廠房和高壓室設機械通風，裝設7臺DZ-11軸流風機。中控室設置空調設備。冬季運行采暖統一配置電暖設施。

4 結語

張謝泵站更新改造后，由于提水保證率提高及提水量的增加，新增灌溉面積2.18萬畝，改善灌溉面積3.26萬畝。更新改造后，裝置效率將大幅提高，能源單耗將明顯下降，設備完好率大大提高，每年將減少維護修理費約2.2萬元。

泵站是水利工程的重要組成部分，是我國各灌區必不可少的水利設施，而水泵則是泵站工程的心臟，只有正確的選擇合適的水泵，泵站才能經濟、順利地運行，泵站的運行管理才會更有效率，更可靠。陜西水利