大流量、中高揚程泵站水泵選型探討

趙 娟 ，白綿綿 ，袁 靜

（1.陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001；2.陜西彬長煤田水務有限責任公司，陜西 長武 713602）

對同一泵站，不同設計者可能會選擇不同的水泵臺數及泵型，甚至同一設計者也會在眾多滿足設計參數的水泵泵型之間猶豫。不同型號的水泵尺寸、重量、性能參數等存在差異，同一型號不同廠家的水泵亦或多或少存在差別，選擇不同臺數的水泵及不同型號的水泵，會直接影響泵房布置型式和尺寸、起吊設備、工程投資、運行管理等。因此，如何選擇最合適的水泵成為一個重要問題。

陜西省某大型輸配水工程，設兩級加壓泵站輸水至凈水廠，以一級泵站為例：設計流量1.84 m3/s，站下設計水位834.00 m，站上設計水位1081.00 m，凈揚程247.00 m，設計揚程251.00 m。泵后采用雙管輸水，管道（單管）長度1000 m，管徑DN1200 mm。

1 泵型分類理論基礎

為了對葉片泵進行分類，將同類型泵組成一個系列，就需要一個能反映葉片泵共性的綜合性的特征數作為泵規格化的基礎，這個特征數就是葉片泵的比轉數。比轉數是葉輪相似定律在葉片泵領域的具體應用。

但凡兩臺工況相似的水泵，他們的流量和揚程和比轉數一定符合式（1），即泵葉輪的相似準數[1]。

將模型泵的Hm=1 m，Qm=0.075 m3/s代入式（1），可得下式：

式中：Q為水泵設計點流量，m3/s，（對雙吸泵取Q/2）；H為水泵設計點揚程，（對多級泵取單級揚程）；n為水泵設計轉速。

葉片泵葉輪的形狀、尺寸、性能和效率都隨比轉數而變。因此使用比轉數ns，可對水泵進行分類，見表1。

表1 葉片泵泵型分類

2 水泵選型

2.1 水泵臺數確定

水泵臺數直接影響廠房尺寸、工程造價。水泵臺數越少，單機功率越大，運行效率越高，易于施工、運行、維修及管理，但單臺水泵重量較重、流量調節性較差；水泵臺數越多，運行調度靈活性越好，但廠房尺寸大，從而導致工程投資高。且對于梯級泵站來講，水泵臺數應滿足上下級泵站之間的流量搭配要求，因此應從經濟性和運行調度靈活性綜合考慮選擇水泵臺數。

對供水泵站來說，一般水泵臺數以3～9臺為宜，對于流量大于1 m3/s時，可選用不少于3臺，且該泵站屬于梯級泵站的一級泵站，考慮梯級間流量搭配因素，減少因流量搭配不當導致下級泵站流量不足或者流量過大，因此設計考慮選用4臺。

該泵站常年不間斷運行，為保證機組正常檢修或發生事故時仍能正常運行，按規范要求多于3臺時，宜設2臺備用機組[2]。因此最終確定水泵臺數為6臺，4用2備。

2.2 不同葉輪級數比轉數比選

表2 不同葉輪級數比轉數比較表

由泵站的基礎參數可知，離心泵較為適合該方案。由于水泵在低比轉數區，泵更容易出現駝峰，比值越大，性能曲線越平緩，小流量點容易駝峰，泵內流速高沖擊損失值大；而隨著比轉數增大，葉輪槽道相對地變寬，性能曲線跟著變得相對陡一些，關死點揚程與設計工況的比值越小，水泵性能曲線在關死點附近曲線會有明顯的馬鞍形，會產生汽蝕振動。因此從水泵長期運行平穩性及可靠性來講，初步認為中比轉數離心泵2級葉輪、3級葉輪更適合本工程選型方案。

2.3 水泵型式比選

該泵站可供選擇的離心泵泵型分別為：臥式節段式多級離心泵、臥式中開多級離心泵。

臥式節段式多級離心泵，特點是將多個葉輪串裝在一根轉軸上，軸上葉輪數為泵的級數。由于各級葉輪都是單側進水，水的軸向推力很大，所以通常在末級葉輪的后面設有平衡軸向力的平衡盤。

臥式中開多級離心泵，泵殼分為上下兩半，可沿軸水平面拆開泵殼以便檢修，葉輪為對稱布置，這樣布置的優點是由水壓引起的軸向推力可自動平衡以減小軸承承受的推力，此類泵型在陜西省東雷二期抽黃及山西北照等泵站應用比較成熟。兩種水泵泵型比較見表3：

表3 泵型比較表

經上述比較，結合與建設單位、水泵廠家的溝通情況，認為臥式中開多級離心泵更適合該泵站選型要求。

2.4 最終選型

結合該工程，對單進口和雙進口泵型做如下比較，見表4。

表4 單、雙進口泵型比較表

由上表知，單進口水泵泵型效率較高，水泵重量較輕，且單臺單進口水泵長度比雙進口水泵長度小0.76 m，廠房尺寸至少可節約4.56 m，故而工程投資較低，且單進口方案水泵能源單耗較小，因此上，最終采用單進口泵型方案。

3 結語

文章依托陜西省某大型輸配水工程，探討大流量、中高揚程水泵選型問題。以比轉數分類為基礎，依次對水泵臺數確定、葉輪級數選擇、水泵型式比選和最終選型過程進行了詳細闡述，在眾多泵型中選擇出適合本工程的水泵型號，同時給出水泵選型的一整套流程和方法，具有較強的工程指導意義。