對水庫泵站水力機械設計的分析

初海洋

摘要：在關于水庫的泵站優化設計中，應該充分考慮泵站建設工程區所處的地形條件、水庫特征和受水區分布特點等重要因素，緊接著還要對水泵安置的臺數、水泵功率的選擇、水泵位置的布置、水錘計算等多個方面進行分析，要選擇和實際工程最為匹配的整體水泵設備，一定要確保泵站在機械設計良好的情況下發揮其利用率高和高效益的優勢。本文主要是通過水庫的工程概況、泵站流量開始入手，且對水庫泵站的相關水力機械設計參數及配套設備如何選用進行了闡述，希望可以對同行的工作提供些許的借鑒和幫助。

關鍵詞：水庫;泵站;水力;機械設計

引言：在當前社會中，水的重要作用不言而喻，供水單位會根據潛水泵、深水泵等取水，臥式電機和水泵負責管網輸水。水泵的主要作用，則是在經過處理的水通過凈化濾池之后達到水庫，水泵可以在運作時將水庫中的水打到輸送管道當中。如果水資源是由高處往低處輸送，那么主要可以依據重力勢能，不需要更多設備，如果水資源由低處到高處輸送，這時就需要加上各種水泵、加壓泵來完成水的輸送和供應任務。這時要根據受水區的分布特點，以及水庫的位置，大多地方供水都需要利用水泵提水，以供周圍的工農企業、居民日常用水。只要對水庫泵站做好充分的準備和建設工作，并在機械設計這一方面做到高效、節能、便捷，水處理企業和供應企業一定會為社會帶來更多更好的服務。

一、確定泵站的基本參數

根據相關水文學帶來的資料顯示，主要應該對水庫的水位、泵站的揚程及水泵的銘牌選擇做出確定。因為有些泵站的揚程較高，水庫水位的變化幅度較大，各地的年供水量差別也較大，對其他的因素不好做整體和綜合的把控，只能確定好必要的這三項參數。

二、泵站的水力機械設計

2.1 ?機型的選擇

首先應對水利調節進行綜合計算，確定下來設計中單泵的設計流量。其次，也要根據泵站的流量和其揚程，來具體考慮選用深井泵、潛水泵還是雙吸中開離心泵，確定所使用的泵機類型。

2.2 ?機組的臺數選擇

要對“3+1”和“4+2”兩套機組方案進行綜合評比和考量，一般情況下來說，“3+1”方案比“4+2”方案更加節約資本，而且機組數量和使用單位在進行經營管理成本都比較低，根據標準的要求和給排水設計叢書中，認為水泵數量少的情況下“3+1”更好。因此，在大多數水庫泵站的設計上，建議使用“3+1”方案。

2.3 ?輔助設備的選擇

閥門：一般情況下，水泵的布置都為倒灌式，而且每個水泵上，進水管都設有電動檢修閥。而且在泵的出水管上均設液壓自動控制閥、電動檢修閥和工作閥。這時，水力調節工作閥應全程參與水泵關閉的過程，而它的功能也應全面考慮清楚正常停泵及異常事故停泵時產生的水錘。同時，也要根據設備維護的要求，對設備設置水錘泄放閥及注氣微泄閥。

主廠房起重機：根據主廠房的建設規格，選擇一臺重量、跨度、軌頂高程均在合理安置范圍內的電動雙梁橋式起重機。這時起重機的控制室應設在廠房的下游側，而對應的安全滑線一定要布置在上游側的吊車梁邊，基本無設置吊車。

油系統：對水泵的冷卻方式，一般情況下是水泵自冷卻，以空冷的方式降溫，無需進行透平油系統的安裝。同時也要選擇好變壓器的絕緣油系統，以及相應的油處理設備。

供水系統：在這一方面，主要要考慮發電機的空氣冷卻器和導向軸承油冷卻器。在選擇設備上，要保證技術供水系統同時有兩臺濾水器，且相互備用。這樣做的目的就是實現冷卻水反供水，同時也可以防止單向供水，避免了冷卻器和空冷器內部的雜物堆積，降低冷卻效率，影響了機組運行。供水系統中還應有反向供水球閥，這是用來進行反向供水的。

排水系統：在水庫泵站內，一定要進行檢修排水和滲漏排水，并要保證二者共用同一套排水系統，在地面下建立集水井，由放置的備用的兩臺排水泵進行排水。而且對于機組的維修和排水，應直接在水機層進行設置，保證盤閥向集水井排入水，之后排放到廠房外。

低壓氣系統：低壓氣系統的主要目的就是提供制動、主軸檢修密封和設備的養護維修。選用合適的兩套單螺桿空氣壓縮機，兩臺貯氣罐和兩臺控制柜。常見的控制柜是DKY控制柜。在系統當中，一只貯氣罐的供機組制動系統，可以由DN25供氣管引至到機組的制動屏上，以保證機組制動和復位用氣。而這時另一個貯氣罐，要對它進行檢修和清掃用氣，就可以從DN25供氣管道通至各單元，達到為檢修機組的吹掃用氣目的。

水泵充水方式選擇和設備：通過其他的水庫泵站設計情況來看，真空水箱和射流真空泵在實際的使用中并不是非常好，最好不要使用水環真空泵充水方式，其他的依據實地建設選擇就行。

三、水泵安裝高程及水錘計算

3.1 ?水泵安裝高程

泵站應詳細根據水泵的樣本和并根據泵站的實際運行工況，詳細記錄好吸水管線的水力損失、在現場條件下的大氣壓力和現場水溫度下的汽化壓力。接下來，要計算水泵的吸程，如果水泵吸程較大，那么就需要在泵啟動前充水，在吸水管的前端設置底閥。如果底閥的尺寸不夠容易被卡，可靠性也不強，那么這時候泵站具有淹沒進水條件，可以不設置底閥。最后應牢牢依靠現場的地形條件，確定水泵的最終安裝高程。

3.2 ?水錘計算

此時對泵站的水力設計做一個假設，假設出水主管長為560m，直徑約0.15m。那么可以這樣確定水錘的參數：泵的最高反轉速≤1.2倍額定轉速，而且對額定轉速的超過持續時間在2min內，最高的壓力不能超過現有水泵的出口壓力1.3～1.5倍。這時就可以采用Pipe2000的電腦仿真軟件去計算水錘。

穩態分析：可以通過軟件進行模擬分析，在系統的穩態運行時，水泵揚程可以滿足此時水力坡降的要求。

瞬態分析：在水泵的出口上只需設置多功能的控制閥，這類控制閥的關閉規律為：第一段2.0s，關閉閥門90%，第二段2.0s，關剩余的10%閥門。經過軟件的分析計算，在整條輸水線路的上半段中出現負壓現象，在水泵出口處的止回閥處最高壓力較大，會遠高于1.5倍的揚程。此時，泵站必須額外設置其他的水錘防護設備，才可以滿足本次機械設計的規范要求。

結束語

對于水庫泵站的機械設計，首先一定要緊緊根據泵站所具有的自身特點來進行優化和設計，其次還應在設計的過程中，要充分考慮好變壓器室、綜保、PLC、變壓器柜等的安裝預留空間，也不應單單的只是根據設計規范去進行設定。水錘的威力極大，產生水錘的時候會嚴重威脅到相關的電力設備，甚至工作人員的生命安全。所在對井房和泵房的正常工作巡視時，也要確保泵前壓力、泵后壓力都在合理的范圍之內，以免壓力過大造成管道破裂，最終引發水錘。相信通過本次對泵站的機械設計做的分析和探討，在今后與整個泵站系統相關的設計一定會更加安全，更加可靠，更加為企業和居民用水帶來便利。

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