禹門口東擴(kuò)一級(jí)泵站水系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

付永東

1 工程概況

禹門口東擴(kuò)一級(jí)泵站（以下稱“一級(jí)泵站”）布置在三泉水庫左岸，從三泉水庫取水，向臨汾、運(yùn)城六縣市工農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水。泵站主線供水流量5.4m3/s，安裝6臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵，工業(yè)供水和農(nóng)業(yè)供水各3臺(tái)，其中工業(yè)供水為2工1備，設(shè)計(jì)揚(yáng)程36m；新絳支線供水流量0.41m3/s，安裝2臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵，其中1臺(tái)備用，設(shè)計(jì)揚(yáng)程20m。

2 泵站充水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

正吸程安裝的離心泵啟動(dòng)前必須要充水。當(dāng)主泵為小型水泵時(shí)，可用人工充水或用真空水箱和其他手動(dòng)裝置充水；當(dāng)主泵為大、中型離心泵時(shí)，多采用真空泵充水。以下就常見的水環(huán)式真空泵充水方式進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 水環(huán)式真空泵工作原理及選型設(shè)計(jì)

2.1.1 工作原理

水環(huán)式真空泵的構(gòu)造特點(diǎn)是泵軸上安裝了對(duì)于圓柱形泵殼偏心的星形葉輪，其工作原理為：啟動(dòng)前，向泵內(nèi)注入規(guī)定高度的水，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用將水甩到泵體周邊，形成一個(gè)和泵殼同心的水環(huán)，水環(huán)上部的內(nèi)表面與輪轂相切，下部的內(nèi)表面與輪轂間形成一個(gè)有一定真空度的氣室，氣室的兩邊，一邊遞增，一邊遞減。遞增的氣室不斷吸入空氣，遞減的氣室則不斷排出空氣，因此主泵內(nèi)的空氣會(huì)通過真空泵不斷被抽走，從而達(dá)到充水的目的。

2.1.2 選型設(shè)計(jì)

水環(huán)式真空泵是根據(jù)水泵及進(jìn)水管所需要的抽氣量選擇的，可按下式近似計(jì)算：

式中：Q氣——真空泵的抽氣率，m3/min；

K——安全系數(shù)，考慮縫隙及填料函漏氣，可取1.5左右；

K1——吸程變化系數(shù)；

T——抽氣充水時(shí)間，s，《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定“不宜超過5min”；

V——出水管檢修閥至進(jìn)水池最低水位之間管道和泵殼的空氣總體積，m3。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇合適的真空泵。

2.2 一級(jí)泵站真空泵選型設(shè)計(jì)

一級(jí)泵站安裝兩種水泵機(jī)組，以單臺(tái)大泵抽氣充水5min，來選擇真空泵。經(jīng)計(jì)算，大泵機(jī)組從出水管檢修閥至進(jìn)水池最低水位之間管道和泵殼的空氣總體積為 9.3m3，利用式（1）計(jì)算得 Q氣=3.4m3/min。參照各型號(hào)水環(huán)式真空泵工作性能表，選擇本站適合的真空泵型號(hào)為SZ-2型。真空泵設(shè)2臺(tái)，互為備用。

3 泵站供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

泵站的供水系統(tǒng)由技術(shù)供水、消防供水和生活供水三部分組成。本文僅討論對(duì)機(jī)組運(yùn)行必不可少的技術(shù)供水系統(tǒng)。

3.1 技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1 技術(shù)供水水源

臥式安裝離心泵站內(nèi)的供水常以站用自備井或泵站進(jìn)水池作為水源。以泵站進(jìn)水池為水源時(shí)，要求水質(zhì)較好，經(jīng)簡單沉淀過濾處理后便能滿足技術(shù)供水水質(zhì)要求，否則宜采用站用自備井作為水源。山西省地處北方，水流含沙量較大，進(jìn)水池水質(zhì)一般較差，故常采用站用自備井來作為技術(shù)供水水源。

3.1.2 技術(shù)供水對(duì)象及用水量

對(duì)于臥式安裝離心泵機(jī)組的泵站，技術(shù)供水對(duì)象主要有兩個(gè)：一是供給水泵填料函內(nèi)水封、潤滑和冷卻用水，用水量由水泵廠家直接提供；二是供給水環(huán)真空泵的用水，用水量一般標(biāo)注在工作性能表中。

對(duì)于安裝立式機(jī)組的泵站技術(shù)供水對(duì)象除水泵的上、下導(dǎo)軸承外，還有電動(dòng)機(jī)內(nèi)推力軸承和上、下導(dǎo)軸承處冷卻用水、空壓機(jī)用水和充水設(shè)備用水。此類用水量一般較大，電動(dòng)機(jī)內(nèi)冷卻器用水量和水泵上、下導(dǎo)軸承的用水量都有相應(yīng)的理論計(jì)算公式。

3.1.3 技術(shù)供水方式

泵站的供水方式可分為直接供水和間接供水兩大類。所謂直接供水方式，就是指供水泵直接向機(jī)組及輔助設(shè)備提供技術(shù)用水的方式，直接供水方式的特點(diǎn)是供水泵連續(xù)運(yùn)行，節(jié)省了水塔或蓄水池建設(shè)的資金。為確保供水安全可靠，供水泵一般選取兩臺(tái)，互為備用。所謂間接供水方式，就是指供水泵向?qū)ＴO(shè)的水塔、蓄水池供水，再由其向機(jī)組供水。間接供水方式的特點(diǎn)是供水泵可間歇使用，供水安全可靠。

3.1.4 技術(shù)供水泵選擇

技術(shù)供水泵多采用離心泵，此泵價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，不需要充水。采用直接供水方式時(shí)，可按技術(shù)供水水量和水壓來選擇供水泵。采用間接供水方式時(shí)，應(yīng)按照系統(tǒng)供水量的1.3～1.5倍來確定單泵流量，并由此流量和管道特性來確定揚(yáng)程，進(jìn)而選擇供水泵。

3.2 一級(jí)泵站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一級(jí)泵站技術(shù)供水水源采用自備井，由井泵提水到廠房附近地下蓄水池，再由技術(shù)供水泵向各機(jī)組供水，井泵和技術(shù)供水泵都各設(shè)一臺(tái)備用泵，這樣既保證了技術(shù)供水的水量、水壓，又提高了供水的可靠性，同時(shí)兼顧了廠區(qū)的美觀性。

根據(jù)水泵制造廠家提供的主泵軸封用水和填料函用水，以及主泵的工、備運(yùn)行情況，確定技術(shù)供水總量為10～12m3/h。由此可確定井泵流量為15m3/h，并參考地下水位確定井泵揚(yáng)程130m；技術(shù)供水泵流量與技術(shù)供水總量相同，揚(yáng)程為20～22m。此技術(shù)供水泵宜設(shè)變頻，由設(shè)在技術(shù)供水總管上的壓力變送器控制，以確保技術(shù)供水總管壓力在0.2MPa。

《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定蓄水池容積應(yīng)為全站2～4h的用水量，故設(shè)為50m3。

4 泵站排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

泵站排水系統(tǒng)包括機(jī)組技術(shù)排水、調(diào)相排水、機(jī)組檢修排水、泵房滲漏排水和設(shè)備管件接合處滲漏排水。這些水除部分可自流排出泵房外，大部分都匯集到排水廊道或集水井中，并通過排水泵排至泵房外。泵站排水系統(tǒng)的任務(wù)就是及時(shí)、可靠地排除泵站在運(yùn)行、調(diào)相及檢修過程中的各種集水，以保證機(jī)組的正常運(yùn)行，保證機(jī)組過水部分和泵房水下部分的檢修，避免泵房內(nèi)部積水和潮濕而使機(jī)組設(shè)備銹蝕。

4.1 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1.1 排水對(duì)象

對(duì)于安裝臥式機(jī)組的泵房，其排水對(duì)象主要有：水泵填料函、軸封排水及水泵、管件接合處的滲漏水，泵房滲漏水，真空泵排水，機(jī)組檢修排水等。

對(duì)于安裝中、小型立式泵的濕室泵房，主要是排除進(jìn)水室集水及閘門漏水。

對(duì)于安裝大型立式機(jī)組的泵房，排水對(duì)象主要有：同步電動(dòng)機(jī)推力軸承冷卻循環(huán)水，水泵上導(dǎo)軸承處漏水，泵房滲漏水，水泵檢修和機(jī)組調(diào)相運(yùn)行時(shí)排除進(jìn)水流道、泵室內(nèi)積水以及檢修閘門漏水等。這類排水流量大，排水時(shí)間短，一般排至集水井或集水廊道，再由排水泵排入進(jìn)水池或出水池。

4.1.2 排水方式

安裝臥式機(jī)組的泵房，排水量一般都較小，可沿泵房的地面上設(shè)置排水溝和集水井，在集水井邊上或蓋板上設(shè)置小型離心泵或自吸泵，用管道將水排出。

安裝中、小型立式機(jī)組的濕室泵房，一般不設(shè)置固定的排水系統(tǒng)，而是預(yù)備潛水電泵和軟管，檢修時(shí)排出進(jìn)水室內(nèi)集水。

安裝大型立式機(jī)組的泵房，一般均在集水廊道一端的水池頂板上預(yù)留出取水口，在其上邊布置排水泵和管道，從集水廊道的集水井內(nèi)吸水并排入進(jìn)水池或出水池。

4.1.3 排水泵選擇

對(duì)于安裝臥式機(jī)組的泵站，泵房內(nèi)各種滲漏水量一般都較小，機(jī)組的技術(shù)排水量可參照技術(shù)供水量確定。集水井有效容積按6～8h排水量設(shè)計(jì)，排水泵流量按15～20min排除集水井積水來確定。一般設(shè)置2臺(tái)排水泵，互為備用。

對(duì)于安裝大型立式機(jī)組的泵站，按照有無調(diào)相運(yùn)行要求分為兩類，有調(diào)相運(yùn)行要求的泵站在山西省很少見，故此處不做贅述。無調(diào)相運(yùn)行的泵站，一般設(shè)置檢修水泵1臺(tái)，其流量按4～6h排除單泵流道積水和上、下游閘門漏水量之和確定，設(shè)置滲漏排水泵2臺(tái)，單泵流量按15～20min排除集水井積水來確定。

排水泵揚(yáng)程可根據(jù)排水泵出口最高水位與集水井最低水位之差加上排水管道的水力損失來確定。

4.2 一級(jí)泵站排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一級(jí)泵站的排水對(duì)象主要有：水泵填料函、軸封排水，設(shè)備管件接合處的滲漏水，泵房滲漏水，真空泵排水，機(jī)組檢修排水。各類排水通過泵房底板上的排水溝匯入集水井，再由排水泵排至廠區(qū)的排水溝內(nèi)。

排水泵采用自吸泵，布置在集水井旁邊。排水量參照技術(shù)供水量，取10～12m3/h。集水井有效容積確定為65m3。參考排水泵出口高程與集水井最低水位之差，初步選定排水泵流量160m3/h，揚(yáng)程25m，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，該參數(shù)滿足要求。排水泵設(shè)2臺(tái)，互為備用。

5 一級(jí)泵站水系統(tǒng)設(shè)備布置

一級(jí)泵站廠房分兩層，上部為安裝間層，下部為水泵層。水環(huán)真空泵、技術(shù)供水泵和排水泵都布置在安裝間正下方的水泵層，集水井也設(shè)于此，技術(shù)供水蓄水池則設(shè)置在與此一墻之隔的室外地面以下。這樣布置不僅設(shè)備集中，便于運(yùn)行管理，同時(shí)節(jié)省管路、線路，減小損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

6 結(jié)語

合理的泵站水系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以保證主機(jī)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，延長主機(jī)的使用壽命，減小設(shè)備能耗。不僅為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，而且還具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。