某泵站更新改造中機(jī)組存在問題及水泵選型分析

文_王德生 賈偉建 濰坊市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 泵站現(xiàn)狀

某泵站工程原設(shè)計(jì)流量 0.65m3/s，泵站為 5級(jí)提水泵站，控制灌溉面積 1.263萬(wàn)畝，現(xiàn)狀工程建成主干提水泵站 5座，提水總揚(yáng)程 292m，總裝機(jī)0.336萬(wàn) kW，敷設(shè)壓力管道1.434km，引水明渠1.95km，總干輸水渠一條長(zhǎng)10.64km，支渠 10條長(zhǎng) 25.74km，提灌專用 35kV變電所1座，裝1800kVA主變壓器1臺(tái)， 2000kVA主變壓器1臺(tái)，總?cè)萘?800kVA。經(jīng)過多年運(yùn)行，5座泵站裝置效率在43.72%～52.29%之間，均低于設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的離心泵站裝置效率在65%～70%的要求，即泵站裝置效率不能滿足要求，設(shè)備全部處于高能耗、低效率的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)泵站更新改造規(guī)劃，需對(duì)1～5泵站10臺(tái)套機(jī)組進(jìn)行全部更新改造。

2 存在的問題及改造方案

2.1 水泵存在的問題

泵站運(yùn)行至今，水泵過流部件汽蝕、磨損嚴(yán)重，主要性能指標(biāo)下降，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不夠穩(wěn)定，振動(dòng)噪音較大，擺度不符合要求，進(jìn)水閘閥操作機(jī)構(gòu)不靈活，有卡阻、關(guān)閉不嚴(yán)現(xiàn)象，出水止回閥漏水嚴(yán)重。因原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，各泵站均沒有監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)泵站綜合自動(dòng)化。經(jīng)除險(xiǎn)加固分析，泵站仍存在以下問題：

①1～5泵站主水泵葉片銹蝕磨損，有蜂窩麻面，汽蝕磨損面積超過葉片面積的分別大于15%、18%、15%、13%、12%，泵軸磨損、銹蝕較嚴(yán)重，填料函磨損，漏水較嚴(yán)重，性能下降，評(píng)定為三類設(shè)備。

②1～5泵站主電動(dòng)機(jī)存在絕緣老化，表面分層、龜裂；端部連接線綁扎、槽楔松動(dòng)；軸承運(yùn)行溫度高；振動(dòng)噪聲較大，機(jī)架端蓋磨損嚴(yán)重等問題，技術(shù)性能、安全性能不能滿足泵站生產(chǎn)運(yùn)行要求，評(píng)定為四類設(shè)備。

③1～5泵站因原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，該泵站沒有監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。

鑒于1～5泵站機(jī)電設(shè)備存在影響安全運(yùn)行的嚴(yán)重缺陷，故機(jī)電設(shè)備安全類別建議評(píng)定為四類設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行更新改造。

2.2 機(jī)組更新改造方案

泵站具體改造方案為將現(xiàn)1、2泵站拆除后合并為一級(jí)泵站；現(xiàn)3、4、5泵站在改造后分別變?yōu)?、3、4泵站，該三座泵站在不拆除的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新改造。本文探討更新改造的4座泵站，如保選擇合適的水機(jī)設(shè)備及相關(guān)附屬設(shè)備，并完成相關(guān)設(shè)備的布置。

3 水泵選型設(shè)計(jì)

3.1 水泵參數(shù)

泵站水力設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表 1 泵站設(shè)計(jì)參表

3.2 泵站機(jī)組選型

3.2.1 水泵臺(tái)數(shù)選擇

本工程為灌溉泵站，且年運(yùn)行小時(shí)數(shù)較低，考慮泵站位置受地形條件限制，并兼顧工程投資，本工程四級(jí)泵站擬分別安裝水泵機(jī)組2臺(tái)套，2臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，不設(shè)備用機(jī)組。

3.2.2 水泵選型

水泵選型采用常規(guī)方法進(jìn)行，即根據(jù)初步擬定泵站的流量、揚(yáng)程，結(jié)合泵房布置和投資，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已有的產(chǎn)品中選取。

(1)水泵泵型選擇

本工程為提水泵站，流量較大、揚(yáng)程較高，宜選用離心泵。離心泵根據(jù)泵軸的裝置方式分為臥式泵和立式井泵；根據(jù)水流進(jìn)入葉輪的方式分為單吸泵和雙吸泵；根據(jù)軸上裝葉輪的個(gè)數(shù)可分為單級(jí)泵和多級(jí)泵。立式井泵的平面尺寸較小，高度較大，水泵葉輪淹沒在水中，水泵啟動(dòng)方便，電動(dòng)機(jī)可安裝在最高洪水位以上，通風(fēng)采光條件較好，泵房長(zhǎng)度相對(duì)臥式泵短，但泵房開挖深度大，主要部件在水面以下，易被腐蝕，安裝要求較高，保養(yǎng)、維護(hù)麻煩。臥式泵的泵房面積雖較大， 但安裝檢修方便，運(yùn)行費(fèi)用較小。

本階段就采用長(zhǎng)軸深井泵、D型臥式多級(jí)離心泵、單級(jí)雙吸臥式離心泵，在泵房布置、投資及現(xiàn)有滿足要求泵型樣本等方面進(jìn)行了比較詳見表2。

表2 離心泵選型比較

長(zhǎng)軸深井泵方案采用濕式泵房結(jié)構(gòu)，電機(jī)位于洪水位以上，受水淹的危害減小，泵房總長(zhǎng)度較小，但采用長(zhǎng)軸深井泵，最低動(dòng)水位至少要淹沒一級(jí)葉輪，要具有良好的吸水條件，要讓2～3個(gè)葉輪淹沒于動(dòng)水位以下，這樣泵房挖深加大。長(zhǎng)軸深井泵機(jī)組投資較臥式多級(jí)離心泵機(jī)組價(jià)格高出30%～50%，水泵安裝要求較高，水泵葉輪及導(dǎo)軸承檢修維護(hù)麻煩，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，且性能接近本工程需求的泵型基本沒有，故不選用。

D型臥式多級(jí)離心泵常用于流量小于1100m3/h的高揚(yáng)程泵站，采用干室泵房結(jié)構(gòu)，泵房較長(zhǎng)、面積較大、投資較高，但載荷分布均勻，機(jī)組安裝檢修方便，可滿足性能要求的水泵廠家較少，選擇空間有限，故不選用。

單級(jí)雙吸臥式離心泵流量144～12500m3/h，揚(yáng)程9～140m，最高揚(yáng)程達(dá)306m；采用干室性泵房，室內(nèi)安裝水泵機(jī)組，泵房較長(zhǎng)，面積較大，投資與D型臥式多級(jí)離心泵相近，但載荷分布均勻，機(jī)組安裝檢修方便，運(yùn)行費(fèi)用小，有技術(shù)成熟的泵型，滿足性能要求的水泵廠家較多，可擇優(yōu)選擇。該泵型機(jī)組運(yùn)行維護(hù)條件較好，特別是大流量、中高揚(yáng)程泵站中成功運(yùn)行較多。

經(jīng)比選，本階段推薦1、2、3、4泵站各選用2臺(tái)同型號(hào)的單級(jí)雙吸臥式離心泵。正常工作時(shí)每級(jí)泵站的2臺(tái)機(jī)組均為并聯(lián)運(yùn)行，無(wú)備用機(jī)組，2臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)后能在高效區(qū)運(yùn)行。根據(jù)泵站的設(shè)計(jì)流量和總揚(yáng)程設(shè)計(jì)，推薦的水泵型號(hào)見表3。

(2)泵站流量搭配

各泵站機(jī)組改造后，級(jí)間流量搭配更加合理，可采用單機(jī)單管、兩機(jī)一管的運(yùn)行方式，接合水泵運(yùn)行工況分析可知，泵站可以滿足上述不同用水流量的運(yùn)行要求。

3.3 水泵配套電機(jī)選型

本工程1、2、4泵站選配電動(dòng)機(jī)額定電壓為10kV高壓，3泵站選配電動(dòng)機(jī)額定電壓為380V低壓，各級(jí)泵站所選電動(dòng)機(jī)與水泵之間均通過聯(lián)軸器由原動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與對(duì)應(yīng)水泵轉(zhuǎn)速一致。電動(dòng)機(jī)選用真空浸漆技術(shù)處理、定子鐵芯為優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁材料的節(jié)能環(huán)保型Y系列異步電動(dòng)機(jī)，絕緣等級(jí)為F級(jí)。

電動(dòng)機(jī)的功率按照水泵最大功率來(lái)確定，電動(dòng)機(jī)與水泵之間仍采用直接傳動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與對(duì)應(yīng)水泵的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速一致。水泵配套電機(jī)選用按水泵最大功率確定，計(jì)算公式如下：

式中γ-水的容重，kN/m3；Q-水泵在最不利工作揚(yáng)程下流量，m3/s；H-水泵在最不利工作揚(yáng)程，m；η-水泵在最不利工作揚(yáng)程下的效率，%；η傳-傳動(dòng)效率，%；k-電動(dòng)機(jī)的功率儲(chǔ)備系數(shù)。

經(jīng)過計(jì)算，所選水泵、電機(jī)型號(hào)、水泵機(jī)組工作性能及技術(shù)參數(shù)見表4。

表 3 泵站機(jī)組選配表

表4 水泵、電機(jī)型號(hào)、水泵機(jī)組工作性能及技術(shù)參數(shù)

3.4 泵站水錘防護(hù)措施

本工程擬定在各水泵出水管采用多功能控制閥，該閥主要由主閥、調(diào)節(jié)閥、過慮器組成，具有截止閥、逆止閥、水錘消除器等多種功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 故障點(diǎn)少，不需要其它力動(dòng)力源(電、油、氣)，靠閥門自身進(jìn)、出口兩端的壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)控制，停機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)速閉、緩閉兩階段關(guān)閉，安全可靠，多功能閥的緩閉時(shí)間在3～120s內(nèi)可調(diào)，水泵出口水錘峰值經(jīng)調(diào)解后≤1.3 倍水泵出口額定壓力，可保證泵站安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

泵站更新改造將加速泵站的技術(shù)進(jìn)步，泵站的信息化、自動(dòng)化建設(shè)和改造也將加快泵站現(xiàn)代化的進(jìn)程，在本工程水泵選型時(shí)，要充分了解水泵的工作條件， 工程需求和運(yùn)行特點(diǎn)，多與制造廠家溝通，最終確定適合工程的水泵參數(shù)，從而選擇出更節(jié)能、更高效的水泵。