某泵站更新改造中機組存在問題及水泵選型分析

文_王德生 賈偉建 濰坊市市政工程設計研究院有限公司

1 泵站現狀

某泵站工程原設計流量 0.65m3/s，泵站為 5級提水泵站，控制灌溉面積 1.263萬畝，現狀工程建成主干提水泵站 5座，提水總揚程 292m，總裝機0.336萬 kW，敷設壓力管道1.434km，引水明渠1.95km，總干輸水渠一條長10.64km，支渠 10條長 25.74km，提灌專用 35kV變電所1座，裝1800kVA主變壓器1臺， 2000kVA主變壓器1臺，總容量3800kVA。經過多年運行，5座泵站裝置效率在43.72%～52.29%之間，均低于設計規范規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，設備全部處于高能耗、低效率的運行狀態，根據泵站更新改造規劃，需對1～5泵站10臺套機組進行全部更新改造。

2 存在的問題及改造方案

2.1 水泵存在的問題

泵站運行至今，水泵過流部件汽蝕、磨損嚴重，主要性能指標下降，電動機運行不夠穩定，振動噪音較大，擺度不符合要求，進水閘閥操作機構不靈活，有卡阻、關閉不嚴現象，出水止回閥漏水嚴重。因原設計標準低，各泵站均沒有監測控制系統，不能實現泵站綜合自動化。經除險加固分析，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、銹蝕較嚴重，填料函磨損，漏水較嚴重，性能下降，評定為三類設備。

②1～5泵站主電動機存在絕緣老化，表面分層、龜裂；端部連接線綁扎、槽楔松動；軸承運行溫度高；振動噪聲較大，機架端蓋磨損嚴重等問題，技術性能、安全性能不能滿足泵站生產運行要求，評定為四類設備。

③1～5泵站因原設計標準低，該泵站沒有監測控制系統。

鑒于1～5泵站機電設備存在影響安全運行的嚴重缺陷，故機電設備安全類別建議評定為四類設備，應進行更新改造。

2.2 機組更新改造方案

泵站具體改造方案為將現1、2泵站拆除后合并為一級泵站；現3、4、5泵站在改造后分別變為2、3、4泵站，該三座泵站在不拆除的基礎上進行更新改造。本文探討更新改造的4座泵站，如保選擇合適的水機設備及相關附屬設備，并完成相關設備的布置。

3 水泵選型設計

3.1 水泵參數

泵站水力設計參數見表1。

表 1 泵站設計參表

3.2 泵站機組選型

3.2.1 水泵臺數選擇

本工程為灌溉泵站，且年運行小時數較低，考慮泵站位置受地形條件限制，并兼顧工程投資，本工程四級泵站擬分別安裝水泵機組2臺套，2臺機組同時運行，不設備用機組。

3.2.2 水泵選型

水泵選型采用常規方法進行，即根據初步擬定泵站的流量、揚程，結合泵房布置和投資，在國內市場已有的產品中選取。

(1)水泵泵型選擇

本工程為提水泵站，流量較大、揚程較高，宜選用離心泵。離心泵根據泵軸的裝置方式分為臥式泵和立式井泵；根據水流進入葉輪的方式分為單吸泵和雙吸泵；根據軸上裝葉輪的個數可分為單級泵和多級泵。立式井泵的平面尺寸較小，高度較大，水泵葉輪淹沒在水中，水泵啟動方便，電動機可安裝在最高洪水位以上，通風采光條件較好，泵房長度相對臥式泵短，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、維護麻煩。臥式泵的泵房面積雖較大， 但安裝檢修方便，運行費用較小。

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

表2 離心泵選型比較

長軸深井泵方案采用濕式泵房結構，電機位于洪水位以上，受水淹的危害減小，泵房總長度較小，但采用長軸深井泵，最低動水位至少要淹沒一級葉輪，要具有良好的吸水條件，要讓2～3個葉輪淹沒于動水位以下，這樣泵房挖深加大。長軸深井泵機組投資較臥式多級離心泵機組價格高出30%～50%，水泵安裝要求較高，水泵葉輪及導軸承檢修維護麻煩，運行維護費用較高，且性能接近本工程需求的泵型基本沒有，故不選用。

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

單級雙吸臥式離心泵流量144～12500m3/h，揚程9～140m，最高揚程達306m；采用干室性泵房，室內安裝水泵機組，泵房較長，面積較大，投資與D型臥式多級離心泵相近，但載荷分布均勻，機組安裝檢修方便，運行費用小，有技術成熟的泵型，滿足性能要求的水泵廠家較多，可擇優選擇。該泵型機組運行維護條件較好，特別是大流量、中高揚程泵站中成功運行較多。

經比選，本階段推薦1、2、3、4泵站各選用2臺同型號的單級雙吸臥式離心泵。正常工作時每級泵站的2臺機組均為并聯運行，無備用機組，2臺同型號水泵并聯后能在高效區運行。根據泵站的設計流量和總揚程設計，推薦的水泵型號見表3。

(2)泵站流量搭配

各泵站機組改造后，級間流量搭配更加合理，可采用單機單管、兩機一管的運行方式，接合水泵運行工況分析可知，泵站可以滿足上述不同用水流量的運行要求。

3.3 水泵配套電機選型

本工程1、2、4泵站選配電動機額定電壓為10kV高壓，3泵站選配電動機額定電壓為380V低壓，各級泵站所選電動機與水泵之間均通過聯軸器由原動機直接驅動，其轉速與對應水泵轉速一致。電動機選用真空浸漆技術處理、定子鐵芯為優質高導磁材料的節能環保型Y系列異步電動機，絕緣等級為F級。

電動機的功率按照水泵最大功率來確定，電動機與水泵之間仍采用直接傳動，其轉速與對應水泵的設計轉速一致。水泵配套電機選用按水泵最大功率確定，計算公式如下：

式中γ-水的容重，kN/m3；Q-水泵在最不利工作揚程下流量，m3/s；H-水泵在最不利工作揚程，m；η-水泵在最不利工作揚程下的效率，%；η傳-傳動效率，%；k-電動機的功率儲備系數。

經過計算，所選水泵、電機型號、水泵機組工作性能及技術參數見表4。

表 3 泵站機組選配表

表4 水泵、電機型號、水泵機組工作性能及技術參數

3.4 泵站水錘防護措施

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、調節閥、過慮器組成，具有截止閥、逆止閥、水錘消除器等多種功能，結構簡單， 故障點少，不需要其它力動力源(電、油、氣)，靠閥門自身進、出口兩端的壓力變化來實現閥門的自動控制，停機時實現速閉、緩閉兩階段關閉，安全可靠，多功能閥的緩閉時間在3～120s內可調，水泵出口水錘峰值經調解后≤1.3 倍水泵出口額定壓力，可保證泵站安全運行。

4 結語

泵站更新改造將加速泵站的技術進步，泵站的信息化、自動化建設和改造也將加快泵站現代化的進程，在本工程水泵選型時，要充分了解水泵的工作條件， 工程需求和運行特點，多與制造廠家溝通，最終確定適合工程的水泵參數，從而選擇出更節能、更高效的水泵。