淺析泵站更新改造中的泵型選擇

楊戰(zhàn)平

（澄城縣抽黃灌溉工程管理處 陜西 澄城 715206）

東雷一期抽黃大型灌溉泵站工程是利用黃河水源修建的多級(jí)高揚(yáng)程大型電力提灌工程，加西二級(jí)站位于大荔縣范家鎮(zhèn)，灌溉面積8.75萬畝，流量3.84 m3/s，揚(yáng)程89.6 m，安裝20 s h-6 A型離心泵6臺(tái)，配套T D-1000型1000 k W同步電動(dòng)機(jī)6臺(tái)，總裝機(jī)功率為6000 k W。主機(jī)組為一列式布置，進(jìn)水采用單機(jī)單池進(jìn)水，出水采用雙機(jī)單管出流；泵站主體建筑物由進(jìn)水扭面、進(jìn)水閘、進(jìn)水流道、前池、主副廠房、壓力管道、出水池、清水系統(tǒng)等部分組成。由于工程建設(shè)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)低，在建期間，水泵、電機(jī)產(chǎn)品奇缺，可供選擇的品種很少，水泵選型不合理，以致造成泵站裝置效率難以達(dá)到設(shè)計(jì)水平。加之水泵經(jīng)過三十年運(yùn)行，水泵的泵腔變形，機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)生劇烈震動(dòng)，排灌流量比額定流量小許多，即使維修，也因資金原因只能保證機(jī)組正常運(yùn)行，未對(duì)其進(jìn)行更新改造，使得泵站裝置性能逐年下降，能耗逐年升高。經(jīng)過中國灌溉排水發(fā)展中心對(duì)加西二級(jí)泵站進(jìn)行安全鑒定，泵站水泵安全類別為三類。所以，對(duì)加西泵站更新改造迫在眉睫，水泵的選擇又是此次更新改造的重要內(nèi)容。

1 水泵選擇的主要依據(jù)和要點(diǎn)

1.1 泵型選擇的主要依據(jù)

泵型選擇主要是根據(jù)泵站所需的流量、揚(yáng)程以及其變化規(guī)律來確定。加西泵站為二級(jí)泵站，一般按最大日逐時(shí)用水變化曲線來確定各時(shí)段中水泵的分級(jí)供水線。在確定分級(jí)供水時(shí)不宜太多，因?yàn)榉旨?jí)供水需設(shè)置較多的水泵，將增大泵站面積，清水池的調(diào)節(jié)容積也要加大。此外，二級(jí)泵站的輸水管直徑也要相應(yīng)加大，因?yàn)楸仨毎醋畲笠患?jí)供水流量來設(shè)計(jì)輸水管道的直徑。由于加西泵站承擔(dān)著8.75萬畝農(nóng)田和村鎮(zhèn)人飲任務(wù)，宜采用均勻供水方式，即泵站的設(shè)計(jì)流量按最高日平均用水量計(jì)算。

1.2 泵型選擇的要點(diǎn)

選泵就是要確定水泵的型號(hào)和臺(tái)數(shù)。選泵時(shí)要大小兼顧，調(diào)配靈活，因?yàn)榻o水系統(tǒng)用水量、所需水壓逐年、逐日、逐時(shí)變化。選泵時(shí)不能僅僅只滿足最大流量和最高水壓時(shí)的要求，必須全面顧及用水量的變化。其次是型號(hào)整齊，互為備用。從泵站運(yùn)行管理與維護(hù)檢修的角度來看，如果水泵的型號(hào)太多則不便于管理。一般泵站選擇同型號(hào)的水泵使之并聯(lián)工作，這樣會(huì)給電機(jī)、電器設(shè)備的配套與貯備，管道配件的安裝與制作帶來很大方便。當(dāng)均勻供水時(shí)，泵站可以選2～3臺(tái)同型號(hào)的水泵并聯(lián)運(yùn)行，要合理地用盡各水泵的高效段。最后，要將抽水站近期、遠(yuǎn)期規(guī)劃相結(jié)合，近期發(fā)展采用換大泵輪以增大水量，遠(yuǎn)期采用換大泵的措施。

2 加西泵站泵型選擇的主要參數(shù)

2.1 泵型選擇主要參數(shù)

加西泵站灌溉設(shè)計(jì)總流量3.84 m3/s，裝機(jī)總功率為6000 k W，工程等級(jí)為中型泵站，地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，地震反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，設(shè)防烈度為Ⅷ度。下水面為進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位341.87 m，上水面為出水池設(shè)計(jì)水位426.70 m；凈揚(yáng)程為84.83 m；泵前吸水管采用鋼管、管徑D N 800，泵后輸水管采用鋼管及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，管徑D N 800，輸水管總長度669 m，經(jīng)過水力計(jì)算，水泵工作點(diǎn)揚(yáng)程為90.91 m。在確定水泵臺(tái)數(shù)時(shí)，考慮到目前加西泵站安裝水泵臺(tái)數(shù)為6臺(tái)，在優(yōu)化進(jìn)水流道夾角的同時(shí)，應(yīng)保持水泵臺(tái)數(shù)不變，繼續(xù)為6臺(tái)。

2.2 設(shè)計(jì)流量復(fù)核

加西二級(jí)泵站隸屬加西灌溉系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)流量基本合理，在泵站更新改造中主要內(nèi)容是泵型選擇。加西泵站控制灌溉面積8.75萬畝，上一級(jí)泵站為東雷一級(jí)站，根據(jù)上級(jí)與本級(jí)以及其他灌溉分系統(tǒng)泵站供水、需水量情況分析，考慮加西泵站本級(jí)控制面積的灌溉用水量，經(jīng)復(fù)核，加西泵站流量應(yīng)該為3.84 m3/s，灌溉模數(shù)為2.27 m3（s·萬畝），能完全滿足泵站配水要求，應(yīng)維持原泵站設(shè)計(jì)流量不變。

2.3 進(jìn)水池特征水位

加西泵站原設(shè)計(jì)流量為3.94 m3/s，進(jìn)水池設(shè)計(jì)水深為1.30 m，推算到前池扭面的設(shè)計(jì)水位為342.17 m，扣除過清污機(jī)攔污柵的水頭損失，推算到前池的設(shè)計(jì)水位為341.87 m。進(jìn)水池最低水位按引渠流量的40%計(jì)算，水深為1.0 m，根據(jù)加西二級(jí)泵站扣除過柵、閘約0.3 m水頭損失后，閘后流道內(nèi)水深為0.7 m，此時(shí)水泵前池最低水位應(yīng)該為341.57 m。

2.4 出水池特征水位

出水池特征水位可根據(jù)出水渠道設(shè)計(jì)推算。出水池設(shè)計(jì)流量為3.84 m3/s時(shí)，按明渠均勻流計(jì)算，池后出水渠的水深為1.1 m，經(jīng)過計(jì)算，出水池設(shè)計(jì)水位取426.70 m。當(dāng)兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，出水池最小流量為1.30 m3/s時(shí)，按照泵站明渠均勻流計(jì)算，池后出水渠的水深應(yīng)該為0.55 m，經(jīng)過計(jì)算，出水池最低水位為426.15 m。

3 加西泵站泵型的選擇論證

3.1 泵型方案選擇

根據(jù)以上參數(shù)和加西泵站現(xiàn)狀，參考廠家提供的水泵技術(shù)參數(shù)，確定加西泵站水泵選型方案有三種：其一就是選擇安裝20 s h-6 A型水泵6臺(tái)；其二就是選擇安裝D F S S 500-9 N/4 B型水泵6臺(tái)；其三就是選擇安裝F S S 500-6/6型水泵6臺(tái)。根據(jù)水泵的技術(shù)參數(shù)，三種方案流量、揚(yáng)程、效率等技術(shù)參數(shù)，確定泵站電機(jī)型號(hào)、電壓和容量。

表1 加西二級(jí)泵站水泵選型與電機(jī)配案表

表2 加西泵站水泵選型方案運(yùn)行中技術(shù)參數(shù)

3.2 確定加西泵站水泵選型方案運(yùn)行中技術(shù)參數(shù)

針對(duì)以上三種泵型選擇方案，先后繪制水泵管路揚(yáng)程曲線圖，同時(shí)根據(jù)泵站抽水裝置繪制出管道阻力曲線，選擇相同特性水泵采用并聯(lián)的方法，滿足泵站提水灌溉要求，因?yàn)槊颗_(tái)水泵產(chǎn)生的揚(yáng)程相等，并聯(lián)時(shí)泵站總的流量就是每臺(tái)水泵流量之和。應(yīng)該注意的是，并聯(lián)時(shí)泵站系統(tǒng)總的流量增加了，但是每一臺(tái)水泵的工作流量比單臺(tái)運(yùn)行時(shí)的流量減小了。所以說經(jīng)過技術(shù)測(cè)試，結(jié)合水泵雙機(jī)并聯(lián)時(shí)Q-H曲線推求水泵工作點(diǎn)，其具體數(shù)值如表2。

4 加西泵站泵型方案選擇對(duì)比

在泵型選擇中，方案一的缺點(diǎn)是單機(jī)流量偏小，經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：其并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，泵站總抽水流量才能達(dá)到3.72 m3/s，小于灌溉設(shè)計(jì)流量3.84 m3/s，難以滿足泵站提水灌溉的要求；方案二的單機(jī)流量較大，泵站總抽水流量3.84 m3/s，滿足灌溉設(shè)計(jì)流量要求。水泵轉(zhuǎn)速1500 r/m i n，轉(zhuǎn)速較快，但是由于加西泵站提水為黃河水，泥沙含量大，轉(zhuǎn)速快對(duì)葉輪磨損較大，影響葉輪使用壽命，還會(huì)增大泵站運(yùn)行管理成本；方案三的單機(jī)流量也比較大，此類水泵經(jīng)過并聯(lián)運(yùn)行后，泵站總抽水流量3.96 m3/s，滿足了灌溉設(shè)計(jì)流量要求。水泵轉(zhuǎn)速為1000 r/m i n，葉輪轉(zhuǎn)速較慢，對(duì)葉輪使用壽命有利，能有效地降低泵站運(yùn)行成本與管理費(fèi)用。通過對(duì)以上三種方案進(jìn)行綜合比較，推薦加西泵站泵型選擇方案為第三種。

5 結(jié)論

加西泵站經(jīng)過更新改造后，水泵安裝F S S 500-6型水泵6臺(tái)，由于泵型選擇合理，加西泵站裝置效率得到明顯提高，能源單耗明顯下降，從原來的平均6.54 k W·h/k t·m下降到4.82k W·h/k t·m，每年節(jié)能432萬k W·h，每臺(tái)水泵按每千瓦節(jié)省0.10元計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)43.2萬元。再一次證明：合理選擇泵站泵型，是發(fā)揮泵站效益和節(jié)約能源的重要途徑。陜西水利