泵站水機設備選型與布置設計探析

王豐

（重慶同望水利水電工程設計有限公司 重慶渝北 401120）

泵站水機設備選型與布置設計探析

王豐

（重慶同望水利水電工程設計有限公司 重慶渝北 401120）

眾所周知，無論在各個領域和行業，水泵的應用范圍都十分廣泛，被稱為通用機械。顯而易見的對于泵站的設計在整個規劃中就顯得尤為重要。而作為泵站布局重要方面的水機設備選型而言，其選型與布置設計好壞直接影響到泵站技術的改造，安裝和運行等方面，本文從專業的技術角度出發，闡述了水機設備選型與布置設計，并對泵站水機設備在日常運行過程中出現的問題做出了總結并加以分析解決，無論對前期設計工作者還是現場管理人員都有一定的借鑒意義。

泵站水機；設備選型；布置設計

我國農田灌溉按水源水位與耕地高程之間的關系，可分為自流灌溉和提水灌溉兩個部分，其中提水灌溉主要還是依靠泵站來完成，所以泵站設計在灌區規劃設計有著不可替代的地位，而在泵站設計過程中，水機設備選型乃重中之重，其選型與布置直接對泵站技術的改造，安裝和運行等諸多方面造成影響。

1 泵站在設計、施工及運行階段出現的問題

由于設計工況、施工現場工況不同，泵站自身性能不同，所以泵站在安裝和試運行過程中總會出現這樣或那樣的的問題，綜合整理如下：①實際選用水泵的流量和效率未按設計工況來規劃，甚至低于設計工況的參數，從而極大的影響了過流部件的使用壽命，例如泵體密封環和葉輪等易損部件；②與水泵相配套的電機實際功率大于額定功率，出現過載現象；③位于進口和出口位置的泵體閥門無法正常開啟和關閉；④位于出水位置的緩閉止回閥容易發生爆裂；⑤在現場運行過程中，由于水泵發生位移而導致進水側法蘭出現拉裂，致使水泵報廢。這些問題的出現，給泵站實際運行帶來了極大的安全隱患。

2 泵站在運行中出現的問題原因分析

結合泵站多年來在安裝及施工方面的運行實時數據分析發現，實際運行中出現的諸多問題與水機設備的選型和管網布置有很大關聯。

2.1 水泵的選型問題

由于水泵的實際揚程高于額定揚程，其實際運行時工況點發生左移，從而導致流量下降，不能滿足設計值要求：選用設備時，由于水泵類型為切削葉輪外徑的，所以實際能耗過高，嚴重降低水泵效率；又例如在提水灌溉工程中，施工時由于未考慮到實際工況，選用了清水泵，而這種水泵的葉輪水力形線在設計中和河流的水質流態不相符，不但材質抗磨蝕性不能達到局部要求，更由于河流的泥沙較多，極大的縮短了主要過流部件的使用時間：通過這一工程實例說明：在前期設計時一定要對河流實際水質特征及水泵現場運行的實際數據充分考慮清楚，尤其是水泵的實際揚程和流量變化情況以及效率和能耗問題，都要一一分析，否則在實際運行期間問題會層出不窮。

2.2 對于閥門的選型

泵站水泵由于在進、出口的位置設置了閘閥進行控制，當出現單面受壓的情況時容易增大摩擦阻力，從而導致銅螺母失效，閥板也隨之發生脫落，閥門不能正常啟閉。位于出水位置的緩閉止回閥，由于自身的慢關角度小，在實際運行過程中單靠水壓緩閉機構對慢關時間進行控制容易造成誤差，水錘一旦升壓，不能及時控制水錘波就會直接導致閥門爆裂，如現場未能及時發現便會出現泵房被水淹沒的重大事故，造成人員傷亡和經濟損失。

2.3 在裝置布置方面的設計

由于在前期設計時未考慮到伸縮器，對于管道安裝過程中出現的焊接應力無法消除，直接對管道強度較弱部位產生威脅，比如造成水泵出水法蘭的拉裂：由于水泵在進水和出水側分別設計了穿墻套管和套管伸縮器，水泵在實際運行過程中容易受推力作用而發生位移，致使機組振動，從而整個工程無法正常投入運行。以上雖然僅僅是幾個簡單的選型問題，但是對提灌工程而言，在實際運行中對其造成的影響是不可估量的。

3 解決問題的方法

3.1 水力機械選型方面

3.1.1 水泵的選型

①性能參數。在設計時水泵的額定揚程應該等于或比實際揚程略大，比如，當水泵的運行工況點位于額定點或右側位置，在高效區位置，如果水泵的實際流量和額定流量等同或略大，將會便于對泵站流量的實時調配和控制。對于水泵的額定流量，應該在水泵裝置流量所提出的設計要求范圍內，在不對效率產生影響的前提下，通過對葉輪設計的改變來對流量進行調整。考慮到水泵的安全運行因素，應該保持額定轉速較低的狀態。對于技改的泵站要綜合考慮水泵自身特征情況來選用額定轉速，如果遇到需要提速的情況，應慎重考慮。②材料和結構。鑒于泵體和泵蓋的重要作用，在材料選擇方面，必須要具備較好的抗磨蝕性。以提水泵站為例，水泵的葉輪水力形線在圖紙設計上應和河流的水質流態相符，并且經過驗證，不斷改進的鋼板材質焊接葉輪兼具抗磨蝕性以及可修復特性，滿足其在實際運行中的技術要求。通過試驗，應努力提高泵軸剛度。

3.1.2 對于進水口閥門的選型

對于進水閥門而言，由于雙偏或三偏心蝶閥，在密封性、操作性以及安全運行性方面比其他閘閥更具優勢，所以更適用于進水閥門，其選型時也應從性能參數和材料結構方面加以考慮。對于性能參數來說，應該根據實際過程中總結出的實際問題來選定公稱壓力。例如，在水泵做例行檢修對進水閥門關閉時，出水側閥門會因為密封故障而引發回水，在這種情況下水泵的進水閥閥后壓力極有可能達到水泵正常工作壓，甚至導致水錘波傳遞，進而引發閥門爆裂。綜上案例，公稱壓力應略大于水泵的額定揚程。對于材料及結構而言，以河流水質工況為例，在這種情況下，閥門的主要密封應該體現在防銹蝕和密封性，也可兼具可修復性。對于軸部密封要保證其正常運轉，在防泥沙和銹蝕的同時要做到不卡軸。對于傳動機構而言，要做到啟閉靈活，雙蝸桿結構是首選。

3.1.3 對于出水口閥門的選型

通過高揚程泵站實踐運行證明，在啟閉性和密封性以及流阻系數方面，液控緩閉蝶閥均能夠滿足其運行要求。在性能參數方面。公稱壓力的選擇應大于水泵額定揚程。公稱通徑應該根據水泵的出水管道2～3m/s的流速來選取。對于材料及結構方面，以河流水質工況為試驗，在這種情況下，閥門的主要密封應該體現在防銹蝕和密封性，也可兼具可修復性。對于軸部密封要保證其正常運轉，在防泥沙和銹蝕的同時要做到不卡軸。對于可調可靠的一階段開啟后，具備可調快、慢關關閉功能以及對泵站突發事故的失電自動關閉功能，能夠對水泵倒轉速度和水錘波升壓現象得到有效控制。

3.2 水泵裝置布置設計

對于水泵的裝置布置設計應該綜合考慮，考慮的方面不外乎安裝、運行和維護這些方面。為了緩解水泵運行時急劇產生的進水側推力，在泵房前池擋墻位置應安置剛性穿墻套管，既可以防止水泵發生運行位移又具有防滲功能。在泵房后墻位置安放穿墻柔性套管可以方便對水機設備和金屬管道溫度的調節。在進出水閥與水泵間放置半固定式的套管伸縮器，一方面可以消除焊接應力，緩解設備移位和因此帶來的拉傷問題。另一方面更加方便對于水泵以及其進出口閥門的檢修維護。

4 結語

本文通過對泵站水機設備在選型與布置設計方面的闡述，結合相關案例加以分析說明，更加便于現場管理運行人員對復雜工況點的管理。為了避免后期試運行過程中的出現失誤，必須在設計階段根據現場實際工況情況進行嚴格規劃，減少能耗的同時確保現場安全化運行。

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TV675

A

1004-7344（2016）23-0125-02

2016-7-23

王 豐（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事農田水利、水力機械設計方面工作。