鳳翔區(qū)東風灌區(qū)一級站水泵機組選型方案比選分析

嚴 莉，鐘海強

（鳳翔區(qū)東風水庫灌溉管理處，陜西 寶雞 721400）

1 東風一級泵站概況

鳳翔區(qū)東風水庫是一座以灌溉為主的中型水庫，1969年興建，1972年受益。樞紐工程由東風水庫和東風抽水站組成，東風水庫灌區(qū)一級泵站位于鳳翔縣彪角鎮(zhèn)三岔村西北方向，以東風水庫為灌溉水源的臨庫式泵站，泵站建于20 世紀70年代，至今已運行50年左右。受當時技術(shù)、經(jīng)濟、社會條件的限制，建設(shè)標準低，施工質(zhì)量差，自泵站投入運行以來，由于維修資金匱乏，工程設(shè)施、機電設(shè)備維修管護不到位，各泵站建筑物和機電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)均存在不同程度的安全隱患，導致灌溉效率逐年下降，從而影響整個泵站的經(jīng)濟運行和安全生產(chǎn)工作。根據(jù)灌區(qū)改造項目總體安排及資金計劃，急需對東風水庫一級泵站進行更新改造，本次重點對機電設(shè)備進行更新改造。

東風抽水灌區(qū)設(shè)計灌溉面積3.32 萬畝，東風一級泵站灌溉面積1.37 萬畝，水泵機組三臺，生產(chǎn)日期1969年，總裝機660 kW，揚程25.7 m，設(shè)計總流量1.91 m3/s，其中一臺小泵流量為0.3 m3/s，型號為14sh-19A，配套電機為JO2-93A，另外兩臺型號為24sh-19A，單泵流量為0.805 m3/s，配套電機為Y400-43-6。

主廠房箱型干式泵房，建筑面積234 m2，電氣副廠房為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積9 m2；生產(chǎn)管理房11 間，為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積198 m2。壓力管道為單泵單管道輸水，管徑600 mm，共布置壓力管道3 條，單根總長89m，鋼管段總長37 m，預(yù)應(yīng)力承插式鋼筋砼管段長52 m，布置鎮(zhèn)墩5 座；出水池為矩形漿砌石結(jié)構(gòu)，池深3 m，長8 m，寬6 m，采用拍門斷流。泵站設(shè)進水閘房1 座，安裝進水閘閥2 臺，廠房內(nèi)安裝單梁橋式起重機1 臺，起吊噸位5噸。排水泵1 臺，功率1.2 kW。

泵站供電由紙坊變電所引出10 kV 線路，長10 km。在泵站主廠房左側(cè)設(shè)10kV 變電站，安裝1 臺S7-1000 kVA/10 變壓器，1 臺S7-180kVA/10 變壓器，站用變壓器容量30 kVA。

2 東風一級泵站機電設(shè)備存在問題

根據(jù)鳳翔縣東風水庫灌區(qū)泵站《現(xiàn)狀調(diào)查分析報告》《現(xiàn)場安全檢測報告》《工程復(fù)核計算分析報告》《安全鑒定報告書》，一級泵站機電設(shè)備存在問題如下。

（1）主水泵

現(xiàn)場查閱泵站運行資料，結(jié)合泵站檢修記錄及現(xiàn)狀調(diào)查報告，主水泵運行時間長，長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中，運行時振動、噪聲大，且1#水泵聯(lián)軸器破損嚴重。

泵體：水泵外殼油漆部分脫落。過流部件：主水泵葉片、泵殼等過流部件汽蝕、磨損嚴重，水泵葉片平均磨蝕深度2.2 mm，泵殼平均磨蝕深度2.4 mm。軸承、填料函：因運行時間長，軸承磨損、軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴重、漏油嚴重，運行時軸溫偏高，并多次更換軸承；水泵軸磨損嚴重，導致填料函密封不良、漏水嚴重，水力損失增大，影響水泵機組安全運行。

主水泵運行時間長達40 多年，長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中，外殼油漆部分脫落，軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴重、漏油嚴重，過流部件汽蝕嚴重，水力損失、機械損失增大，導致出流偏小，部分配件經(jīng)多次更換，運行中仍存在振動、噪聲大，軸溫偏高，水泵整體技術(shù)狀態(tài)差，存在嚴重的安全隱患，不能滿足泵站安全運行要求。

（2）主電動機

現(xiàn)場查閱泵站運行資料，結(jié)合泵站檢修記錄及現(xiàn)狀調(diào)查報告，主電動機運行時間長，且長期處于陰暗潮濕的壞境中，繞組絕緣老化嚴重，運行中振動、噪聲大，軸承溫度偏高。

主電動機外觀基本完好，定子線圈端部綁扎及定子鐵心槽楔有松動現(xiàn)象。絕緣電阻：根據(jù)規(guī)范要求抽樣檢測1#電動機，絕緣電阻符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（DL/T 596-1996）5.4.1條中要求。直流電阻：根據(jù)規(guī)范要求抽樣檢測1#電動機，定子繞組直流電阻不符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（DL/T 596-1996）5.4.1 條中要求。

主電動機運行時間長達30年，且長期處于陰暗潮濕的環(huán)境中，繞組絕緣老化嚴重，安全性能差，部分配件經(jīng)多次更換，運行中仍存在振動、噪聲大，軸承溫度偏高，電氣性能檢測部分參數(shù)不符合規(guī)程要求，電動機整體技術(shù)狀態(tài)差，存在影響安全運行的重大缺陷和事故隱患，不能滿足泵站安全運行要求。

為此，鳳翔區(qū)東風水庫灌溉管理處、陜西省泵（電）站檢測調(diào)試中心、陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院對東風水庫灌區(qū)泵站進行現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、工程復(fù)核計算分析。2017年3 月，寶雞市水利局主持召開了安全鑒定評審會，結(jié)論為：泵站建筑物評定為四類、泵站機電設(shè)備評定為四類、泵站金屬結(jié)構(gòu)評定為四類，泵站綜合評定為四類；建議盡早納入中型泵站更新改造項目。本文僅對東風一級泵站更新改造項目中水泵機組選型方案進行比選分析。

3 水泵設(shè)計參數(shù)的確定

（1）輸水設(shè)計流量

依據(jù)灌區(qū)設(shè)計規(guī)模，泵站設(shè)計流量采用原泵站設(shè)計流量，設(shè)計總流量為1.91 m3/s。

（2）泵站凈揚程H

東風水庫設(shè)計總庫容1550 萬m3，興利庫容845 萬m3，死庫容155 萬m3。校核洪水位為751.1 m，正常蓄水位高程為749.4 m，死水位高程為740.3 m，水泵選型設(shè)計水位取興利庫容與死庫容間的加權(quán)平均高程。

表1 東風水庫水位-庫容曲線表

依據(jù)東風水庫水位-庫容曲線表及測量圖，水泵選型揚程選擇如下：

H設(shè)計=630339/845=745.96 m；H最低取741.6 m（依據(jù)現(xiàn)狀地形高程取值）；H最高取749.4 m（正常蓄水位）。

揚程H=管道出口水面高程－管道進口最低水面高程

設(shè)計水位高程=762.9 m-747.99 m=14.91 m

最高水位高程=762.9 m-749.4 m（溢洪道頂高程）=13.5 m

最低水位高程=762.9 m-740.3 m（死水位高程）=22.6 m

表2 東風灌區(qū)一級泵站更新改造前后設(shè)計水位及揚程表

4 水泵機組選型方案初擬

東風水庫一級泵站設(shè)計灌溉面積3.32 萬畝，本級灌溉面積1.37 萬畝，原機組總裝機功率660 kw，揚程25.7 m，設(shè)計總流量1.91 m3/s，其中一臺小泵流量為0.3 m3/s，型號為14 sh-19A，配套電機為JO2-93A，另外兩臺型號為24 sh-19A，單泵流量為0.805 m3/s，配套電機為Y400-43-6。

考慮不同灌溉時節(jié)需要的灌溉流量不同，水泵選型初擬兩種不同方案，方案一采用三臺同型號水泵進行灌溉；設(shè)計方案二采用兩臺大流量，一臺小流量，兩大一小三臺水泵進行灌溉。由于水泵出水管長度不足100 m，兩方案均采用單機單管的運行方式。

方案一：三臺同型號水泵機組運行方案

根據(jù)設(shè)計流量及設(shè)計揚程的要求，設(shè)計方案一選用三臺S600-24N/6A型單級雙吸臥式離心泵，水泵性能參數(shù)見表3。

表3 S600-24N/6A 水泵性能參數(shù)

方案二：兩大一小不同型號水泵機組運行方案

根據(jù)設(shè)計流量及設(shè)計揚程的要求，設(shè)計方案二選用2 臺S600-24N/6型和1 臺S400-21/4C型單級雙吸臥式離心泵，水泵性能參數(shù)見表4～表5。

表4 S600-24N/6(大泵)水泵性能參數(shù)

表5 S400-21/4C(小泵)水泵性能參數(shù)

5 水泵機組選型方案比選

考慮不同灌溉時節(jié)需要的灌溉流量不同，設(shè)計方案一采用三臺同型號水泵進行灌溉，設(shè)計方案二采用兩臺大流量，一臺小流量，共計3 臺水泵進行灌溉，兩方案均采用單機單管的運行方式，兩種方案比較見表6～表7。

表6 水泵方案對比表1

表7 水泵方案對比表2

比較兩種方案可知，方案一和方案二在流量上差異不大，皆能滿足設(shè)計流量及揚程的需要，但方案二裝置效率較方案一低，能源單耗高，且方案一的同型號三臺水泵運行管理方便，故本次推薦方案一，水泵性能見表8。

表8 東風灌區(qū)一級站推薦水泵（S600-24N/6A）性能表

6 電動機選型

根據(jù)水泵單泵單管運行工況分析計算，水泵機組軸功率最大為174.4 kW，故水泵設(shè)計選用異步電動機，型號為YE3 355M2-6，設(shè)計功率為200kW，其防護等級為IP44型，技術(shù)參數(shù)見表9。

表9 東風灌區(qū)一級站推薦水泵配套電動機性能表

7 真空泵選型

設(shè)計3 臺水泵安裝在最低運行水位以上，水泵的充水采用真空系統(tǒng)實現(xiàn)。真空泵的排氣量采用下式計算：

式中:Q 為泵組需要排出的空氣量,m3/min；Ha為泵站所在地相應(yīng)的大氣壓的水頭，Ha=9.46 m；W 為最大一臺水泵出水側(cè)電動蝶閥以前管道以及水泵殼體內(nèi)的體積，經(jīng)計算W=9.9 m3；K 為備用系數(shù)，K=1.1；T 為主泵啟動時間，T=3 min；hB為前池最低水位時的幾何吸水高度，hB=1.14 m。

經(jīng)計算，Q=4.13 m3/min。

設(shè)計選用SK-3 真空泵兩臺，一用一備，該泵排氣量5.3 m3/min，配套電動機功率11 kW。兩臺真空泵布設(shè)在主廠房檢修間一側(cè)。主管道采用鍍鋅鋼管管徑Dg65 mm 通向每臺水泵的支管采用Dg25 mm。

8 結(jié)語

東風水庫灌區(qū)一級泵站存在嚴重的安全隱患，不能滿足泵站安全運行要求，泵站機電設(shè)備安全鑒定評定為四類，急需對泵站機組進行更新改造。通過對三臺同型號和兩大一小不同型號單級雙吸臥式離心泵兩種方案進行對比分析，在同時滿足設(shè)計流量及揚程需要時，兩大一小不同型號水泵比三臺同型號水泵的裝置效率較低，能源單耗高，且三臺同型號水泵運行管理方便，故東風灌區(qū)一級站泵站機組更新改造推薦三臺同型號單級雙吸臥式離心泵方案，極大提高了水泵機組的效率，降低了能源單耗，使泵站的運行管理更為方便和高效。