淺談小型抽水站改造中機組選型與并聯運行工作點的確定

黃經合

（陜西省交口抽渭灌溉管理局 陜西 渭南 714000）

西村抽水站是銅川市宜君縣福地水庫西村灌區的水源工程，位于宜君縣五里鎮河下游西村鄉的河道右岸，直接從五里鎮河引水，于上個世紀60～70年代建成。設計灌溉面積6000畝，原設計流量為0.66m3/s，凈揚程為209.4m，分二級抽水，共安裝離心泵8臺，配套電機8臺，裝機2870kW，工程等別為Ⅳ等，規模為?。?）型。泵站8臺水泵、電動機組及電氣設備，均屬淘汰產品，效率低、能耗高，部分設備被盜，壓力管道部分管段銹蝕嚴重、承壓不夠，進水池部分沉陷，存在安全隱患，廠房磚木結構漏雨嚴重，門窗變形，泵站基本處于癱瘓狀態，故此，在福地水庫灌區節水改造項目中對西村泵站進行改造。為了減少工程管理人員，節省投資，方便管理，經水利廳審查同意改為一級抽水，一級站仍在原址建設設計。

1 機組選型

1.1 設計流量

根據灌區農業發展規劃作物種植結構調整，西村抽水灌區0.6萬畝將以果樹節水灌溉為主，以蘋果樹計算灌溉所需流量。根據項目區周邊地區蘋果灌溉經驗蘋果樹節水灌溉定額m=25m3/畝，灌溉周期T=18天，每天灌溉t=16小時，灌溉水利用系數η水=0.8，根據公式計算西村抽水站設計流量為0.18m3/s，設計取 0.2m3/s。

1.2 設計揚程

1.2.1 設計凈揚程

經本次外業實測：目前抽水站進水閘前水位為909.27m，閘下滾水壩頂高程910.08m，原一級站進水池頂高程910.22m、進水池水位909.62m，原二級站出水池頂高程1116.79m、出水池水位1116.37m，則凈揚程為1116.39-909.62=206.77m。

1.2.2 損失揚程計算

根據測量成果復核計算，出水壓力管長985m，壓力管采用單管輸水，管道流量為0.2m3/s，按公式D=0.8Q1/2計算經濟管徑，經計算，D=358mm，根據寶雞鋼管廠生產的螺旋埋弧焊鋼管規格表，可以選擇外徑426mm、δ=9.5mm和外徑377mm、δ=9.5mm。

根據《村鎮供水規范》（SL310-2004），可按下式計算沿程水頭損失：

式中，hf——沿程水頭損失，m；

L——計算管段的長度，m；

i——單位管長水頭損失，m/m。

鋼管、鑄鐵管的單位管長水頭損失，可按下列公式計算：

當ν＜1.2m/s時，i=0.000912v2·(1+0.867/v)0.3/d1.3

當ν≥1.2m/s時，i=0.00107v2/d1.3

式中，v——管內流速，m/s；

d——管道內徑，m。

經計算：選用外徑426mm鋼管時，沿程水頭損失hf為8.74m。輸水管道損失揚程h損按下式計算：h損=1.1hf，計算為 10m；選用外徑377mm鋼管時，沿程水頭損失hf為17.74m。輸水管道損失揚程h損按下式計算：h損=1.1hf，計算為：20.4m；考慮到選擇外徑377mm鋼管時，管道效率偏低。因此，選用外徑426mm鋼管。

1.2.3 設計揚程

設計揚程為設計凈揚程和損失揚程之和，即：206.77+10.0=216.77m。

1.3 機組選型

表1 水泵主要特征參數表

表2 h支損計算表

表3 H需計算表

表4 水泵并聯運行工作點參數表

根據所確定的設計流量和揚程進行水泵選型及配套。經查閱相關水泵樣本，水泵選用小流量、高揚程多級臥式離心泵。水泵主要特性參數詳見表1，水泵特性曲線詳見圖1。

2 水泵安裝高程的復核

2.1 水泵吸程△h

D155-67×4型水泵的必需氣蝕余量為6.6m，則允許汽蝕余量為6.6+0.3=6.9m。則水泵吸程 △h=10.33-6.9-0.5=2.93m。當海拔高程為909.62m（進水池水位）時，△h修正為△h′，△h′=△h-10.33+9.29=1.89m。

2.2 吸水管水頭損失h吸

經計算，h吸=0.24

2.3 水泵的安裝高程計算值

水泵的允許吸水高度［H］=△h′-h吸=1.89-0.24=1.65m。水泵安裝高程=進水水池設計水位+［H］=909.62+1.65=911.27m。水泵實際安裝高程909.97m，小于911.27m，滿足吸水要求。

3 水泵并聯運行工況校核

3.1 繪制水泵并聯運行時的流量-揚程曲線Q-H′

吸水管水頭損失h吸計算

壓力支管水頭損失h壓支計算

則h支損=h吸+h壓支=109.356q2，列表計算支管不同流量q時的h支損值。

將水泵樣本上的流量-揚程曲線（q-H）減去不同流量時的水頭損失值，得到q-H′曲線。該泵站運行方式為4臺并聯運行，將q-H′曲線的流量放大四倍，即得到水泵并聯運行時的流量-揚程曲線Q-H′。

3.2 繪制Q-H需曲線

計算總管水頭損失，h損=1.1×10.29×n2

列表計算不同流量Q時的H需值，H需=h損+凈揚程。

3.3 確定水泵并聯運行工作點參數

由水泵工作點求解圖得出4臺、3臺、2臺水泵并聯運行和1臺水泵運行的工作點參數，詳見表4，其中軸功率按內插法求解。電動機按最大軸功率176kW選配，選用Y2315L2-2電動機，功率為200kW。

4 建議

小型抽水泵站改造設計時，應注意以下幾點：

（1）根據灌溉面積、作物種植結構、灌溉方式復核設計流量；

（2）壓力輸水管道管徑選擇時，管道效率不能偏低；

（3）多臺水泵并聯運行的泵站，應分別計算出每種并聯運行工況流量、單泵流量、揚程、效率和軸功率等參數，看是否滿足要求，并根據最大工況的軸功率確定電動機功率。陜西水利