登盆水庫(kù)工程提水泵站水力機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：登盆水庫(kù)工程提水泵站優(yōu)化設(shè)計(jì)中，充分考慮工程區(qū)地形條件、水庫(kù)特征水位和受水區(qū)分布特點(diǎn)等因素，從水泵臺(tái)數(shù)、水泵形式、水泵布置、水錘等方面進(jìn)行了詳細(xì)論證分析，優(yōu)選與工程相匹配的主泵及附屬設(shè)備，確保提水泵站發(fā)揮其應(yīng)有的水資源高效利用和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：提水泵站；水利機(jī)械；附屬設(shè)備；流量

1 工程概況

根據(jù)受水區(qū)分布特點(diǎn)，及水庫(kù)的特征水位，慶云鄉(xiāng)與登岜地理位置高程較高，需要水泵提水，故慶云鄉(xiāng)在壩后修建裝機(jī)容量2×75kW的慶云鄉(xiāng)提水泵站，將水提至723.3m高程的高位水池中，控制慶云鄉(xiāng)，以及浮里、轉(zhuǎn)珠等的人飲用水。登岜位置用水可以考慮在下游右岸灌區(qū)取水，設(shè)裝機(jī)容量2×11kW的登岜提水泵站，將水提至653.3m高程的高位水池中，亦控制登岜的人飲用水。兩個(gè)泵站主要任務(wù)是鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村生活飲水。

2 提水泵站水力機(jī)械優(yōu)化選型

2.1 基礎(chǔ)資料

（1）慶云鄉(xiāng)泵站：校核洪水位541.92m，水庫(kù)最高運(yùn)行水位

541.92m，正常水位540.00m，設(shè)計(jì)運(yùn)行水位539.64m，最低運(yùn)行水位522.87m，死水位522.00m。出水池水位：設(shè)計(jì)水位723.30m，最低運(yùn)行水位720.30m，上水管線長(zhǎng)560.00m，管徑0.15mm，流量0.0157m3/s，水力損失6.04m，SQ2=24499。最高凈揚(yáng)程200.43m，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程183.66m，最低凈揚(yáng)程：178.38m。（2）登岜泵站：進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位513.3m，進(jìn)水池最低水位510.3m，出水池設(shè)計(jì)水位653.3m，出水池設(shè)計(jì)水位650.3m。上水管線長(zhǎng)720.00m，管徑0.08mm，流量0.003m3/s，水力損失8.1m，SQ2=899619。最高凈揚(yáng)程143.0m，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程140.0m，最低凈揚(yáng)程137.0m。

2.2 水泵臺(tái)數(shù)選擇

兩個(gè)泵站的提水流量分別是0.0157m3/s和0.003m3/s，流量都較小，利用小時(shí)數(shù)較高，每個(gè)泵站考慮設(shè)置一臺(tái)備用泵。慶云鄉(xiāng)泵站提水流量較小，采用兩臺(tái)工作泵，每臺(tái)泵的額定流量為0.00785m3/s（28.26m3/h），流量更小，采用兩臺(tái)工作泵意義不大，同時(shí)小型水泵的效率方面有所降低，所以推薦水泵臺(tái)數(shù)為兩臺(tái)（一用一備）。登岜泵站的流量比慶云鄉(xiāng)泵站更小，所以機(jī)組臺(tái)數(shù)也采用兩臺(tái)（一用一備）。

2.3 主泵及附屬設(shè)備選擇

2.3.1 水泵型式的選擇

（1）慶云鄉(xiāng)泵站。根據(jù)用水的流量和揚(yáng)程，慶云鄉(xiāng)泵站水泵可選單吸多級(jí)離心泵，由于臥式布置安裝和檢修較為方便，水泵優(yōu)選臥式布置。水泵型號(hào)選擇為KQW100×-20×10，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為200m，設(shè)計(jì)流量為72m3/h（0.02m3/s）流量稍大，但是由于該泵較小，為了泵站提水可靠性，預(yù)留適當(dāng)余量。（2）登岜泵站。登岜泵站提水流量也較小，水泵也優(yōu)選臥式布置，水泵型號(hào)選擇為KQDW50-15×10，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為150m，設(shè)計(jì)流量為12m3/h（0.0033m3/s）。

2.3.2 附屬設(shè)備選擇

多功能水泵控制閥：為控制水錘及滿足機(jī)組關(guān)開、停機(jī)運(yùn)行要求，水泵出口設(shè)置多功能水泵控制閥。（1）慶云鄉(xiāng)泵站：型號(hào)

JD745X-40，公稱直徑DN100mm，公稱壓力4.0MPa。（2）登岜泵站：型號(hào)JD745X-25，公稱直徑DN50mm，公稱壓力2.5MPa。

水泵進(jìn)出口檢修閥：為機(jī)組檢修方便，水泵出口設(shè)置出口檢修閘閥門，出口檢修閥門設(shè)在多功能泵控制閥之后。水泵進(jìn)口檢修閘閥。（1）慶云鄉(xiāng)泵站：進(jìn)口檢修閘閥，公稱直徑DN150mm，公稱壓力1.0MPa；出口檢修閘閥，公稱直徑DN100mm，公稱壓力4.0MPa。（2）登岜泵站：進(jìn)口檢修閘閥，公稱直徑DN65mm，公稱壓力1.0MPa。出口檢修閘閥，公稱直徑DN50mm，公稱壓力2.5MPa。

2.3.3 輔助設(shè)備選擇

泵站主廠房設(shè)起吊設(shè)備，在慶云鄉(xiāng)泵站設(shè)置一臺(tái)2.0t電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)，在登岜泵站設(shè)置1.0t手動(dòng)葫蘆。排水系統(tǒng)：在泵房?jī)?nèi)設(shè)置有排水溝，排至泵房外。水力量測(cè)系統(tǒng)：設(shè)置進(jìn)水總管壓力、水泵進(jìn)口壓力、電磁流量計(jì)、水泵出口壓力，出水池水位等組成水力量測(cè)系統(tǒng)。

3 水泵安裝高程及水錘計(jì)算

3.1 水泵安裝高程

3.1.1 慶云鄉(xiāng)泵站

根據(jù)查水泵樣本，并根據(jù)本泵站的運(yùn)行工況，水泵的（NPSH）r為2.8m，吸水管線的水力損失為0.5m，現(xiàn)場(chǎng)條件下的大氣壓力水頭為9.4m，現(xiàn)場(chǎng)水溫度下的汽化壓力水頭0.33m。經(jīng)計(jì)算水泵吸程Hs=9.4-0.33-0.5-2.8-0.3=5.47m。水泵的吸程較大，但是該泵在啟動(dòng)前均需要充水，在吸水管前需設(shè)置底閥，底閥的容易被卡，可靠性較差，泵站具有淹沒進(jìn)水條件，不設(shè)置底閥，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件，水泵安裝高程499.2m。

3.1.2 登岜泵站

經(jīng)計(jì)算水泵吸程Hs=9.4-0.33-0.5-2.9-0.3=5.37m。跟慶云鄉(xiāng)泵站一樣，泵站具有淹沒進(jìn)水條件，不設(shè)置底閥，水泵安裝高程512.79m。

3.2 水錘計(jì)算

3.2.1 慶云鄉(xiāng)泵站

泵站出水主管長(zhǎng)560m，直徑為0.15m。確定水錘計(jì)算參數(shù)如下：泵的最高反轉(zhuǎn)速≤1.2倍額定轉(zhuǎn)速，超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的持續(xù)時(shí)間不超過(guò)2min；最高壓力不超過(guò)水泵出口壓力的1.3～1.5倍。采用Pipe2000計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行計(jì)算。

穩(wěn)態(tài)分析：通過(guò)軟件模擬分析，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)水泵揚(yáng)程能滿足水力坡降要求。

瞬態(tài)分析：（1）水泵出口只設(shè)置多功能水泵控制閥，控制閥的關(guān)閉規(guī)律為，第一段關(guān)閉時(shí)間為2.0s，關(guān)閥門90%，第二段關(guān)閉時(shí)間為10.0s，閥門關(guān)閉剩余的10%。經(jīng)軟件分析計(jì)算，整個(gè)輸水線路在上半段出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，水泵出口止回閥處的最高壓力為397.9m，大于1.5倍的水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，泵站需要另外設(shè)置水錘防護(hù)設(shè)備才能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。（2）水泵出口設(shè)置多功能水泵控制閥，增加設(shè)置空氣閥，控制閥的關(guān)閉規(guī)律同上。經(jīng)軟件分析計(jì)算，整個(gè)輸水線路在無(wú)負(fù)壓現(xiàn)象，水泵出口止回閥處的最高壓力為227.7m，小于1.5倍的水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，水泵機(jī)組不反轉(zhuǎn)，不倒流。

3.2.2 登岜泵站

泵站出水主管長(zhǎng)720m，直徑為0.08m。水錘計(jì)算參數(shù)與慶云鄉(xiāng)泵站一樣，采用富澤清治停泵水錘法進(jìn)行計(jì)算，水泵出口最高壓力當(dāng)不設(shè)水錘防護(hù)措施時(shí)，最高水錘壓力為201m，小于1.5倍設(shè)計(jì)揚(yáng)程的壓力，滿足要求，水泵不反轉(zhuǎn)。

穩(wěn)態(tài)分析：通過(guò)軟件模擬分析，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)水泵揚(yáng)程能滿足水力坡降要求。

瞬態(tài)分析：水泵出口只設(shè)置多功能水泵控制閥，控制閥的關(guān)閉規(guī)律為，第一段關(guān)閉時(shí)間為2.0s，關(guān)閥門90%，第二段關(guān)閉時(shí)間為8.0s，閥門關(guān)閉剩余的10%。通過(guò)軟件的分析計(jì)算，整個(gè)輸水線路不出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，水泵出口止回閥處的最高壓力為179.7m，小于1.5倍的水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，水泵機(jī)組不反轉(zhuǎn)，不倒流。故登岜泵站不需要另外設(shè)置水錘防護(hù)設(shè)置。

4 結(jié)束語(yǔ)

登盆水庫(kù)工程提水泵站水力機(jī)械優(yōu)化選型和水錘計(jì)算分析設(shè)計(jì)中，充分結(jié)合工程區(qū)地形條件、水庫(kù)特征水位和受水區(qū)分布特點(diǎn)等因素，優(yōu)選實(shí)踐檢驗(yàn)成熟可靠的技術(shù)方案、設(shè)備型號(hào)和運(yùn)行方案，為提水水泵高效率利用水能資源和安全穩(wěn)定運(yùn)行提供中重要技術(shù)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊朝碧（1990-），女，貴州省思南縣人，大專，助理工程師，主要從事水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作。