松溪供水工程庫區(qū)取水泵站水泵選型解析

田 帥

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

松溪供水工程包括水源工程和輸水工程兩部分，水源工程口上水庫位于晉中市昔陽縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近松溪河下游河道上，壩址距昔陽縣城35 km。根據(jù)昔陽縣國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，松溪供水工程的建設(shè)任務(wù)是以農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水，供水范圍為昔陽縣城、界都鄉(xiāng)、趙壁鄉(xiāng)以及東冶頭鎮(zhèn)?？谏纤畮焓且蛔匀诵箫嬎?、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)和城市生活用水的?。ㄒ唬┬退麡屑~工程。水庫總庫容495萬m3，總供水量840萬m3。輸水工程從口上水庫庫區(qū)取水，經(jīng)東冶頭、界都至昔陽縣城，供水線路全長29.2 km，設(shè)庫區(qū)取水泵站、界都加壓泵站。

庫區(qū)取水泵站布置在大壩上游庫區(qū)左岸，距大壩約100 m，廠區(qū)地坪高程649.30 m。泵站設(shè)計(jì)引水流量0.57 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為186 m。泵站為水中固定式取水泵站，選用4臺(tái)長軸深井泵機(jī)組，總裝機(jī)1 800 kW，單泵流量0.143 m3/s，單機(jī)容量450 kW，水泵安裝高程為620.00 m。

2 水泵選型原則

水泵選型主要涉及工作介質(zhì)、工作介質(zhì)特性、揚(yáng)程、流量、環(huán)境溫度等，合適的水泵不但工作平穩(wěn)，壽命長，且能為用戶最大程度地節(jié)省成本。根據(jù)泵站揚(yáng)程變化的規(guī)律，從國內(nèi)外已經(jīng)運(yùn)行的或者可能生產(chǎn)運(yùn)行的水泵中，選擇技術(shù)成熟、性能先進(jìn)、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理的水泵。通常選型應(yīng)該遵循的原則是：充分滿足供水保證率下各種流量和揚(yáng)程；選用優(yōu)質(zhì)的水力模型，性能良好且對(duì)于泵站流量和揚(yáng)程變化具有較強(qiáng)適應(yīng)性、保證性；所選水泵在長期的運(yùn)行中有最高的平均裝置效率，最少的運(yùn)行費(fèi)用；在最低和最高揚(yáng)程下，水泵仍能在穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，不發(fā)生明顯汽蝕，電機(jī)不超載，機(jī)組不產(chǎn)生振動(dòng)。

此外，還應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況與能源資源，利用當(dāng)?shù)赜欣麠l件，盡量選擇水輪泵等提水機(jī)具。同時(shí)，應(yīng)遴選多個(gè)不同的方案進(jìn)行比選和技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，并且以多年平均的情況下泵站年支出最少的方案作為最優(yōu)方案。

3 水泵選型

3.1 原始資料

口上水庫庫區(qū)取水泵站進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位為622.70～646.53 m；出水池設(shè)計(jì)水位為799.00 m；由此可計(jì)算出泵站地形揚(yáng)程為176.30～152.57 m；設(shè)計(jì)流量為0.57 m3/s；出水總管為直徑800 mm的球墨鑄鐵管，總長2 130 m。

3.2 水泵單機(jī)流量及臺(tái)數(shù)選擇

由于庫區(qū)取水泵站設(shè)計(jì)流量中包括工業(yè)、居民生活供水流量（0.26 m3/s）和農(nóng)業(yè)灌溉流量（0.31 m3/s），為了運(yùn)行靈活，同時(shí)滿足各種流量組合運(yùn)行工況，庫區(qū)取水泵站選用4臺(tái)泵配合運(yùn)行，考慮到農(nóng)業(yè)灌溉供水只是在一年中的幾個(gè)特殊時(shí)段，所以農(nóng)業(yè)供水泵可作為工業(yè)供水泵的備用，不另外設(shè)置備用水泵。庫區(qū)取水泵站選擇4臺(tái)機(jī)組，單泵流量0.143 m3/s，平時(shí)工業(yè)供水工況下2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，灌溉期工況下4臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)行。

3.3 泵型選擇

根據(jù)泵站設(shè)計(jì)特征參數(shù)及可行性研究報(bào)告確定的兩級(jí)提水方案，結(jié)合調(diào)度方式和取水條件，參考國內(nèi)已運(yùn)行泵站的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定泵型技術(shù)與應(yīng)用·2012年第9期采用已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的定型的泵型。

水庫庫區(qū)取水泵站采用固定式取水泵站，考慮對(duì)臥式離心泵與長軸深井泵兩種泵型進(jìn)行比選。

臥式離心泵：其優(yōu)點(diǎn)是臥式泵安裝精度比立式泵要求低，便于檢修，而且造價(jià)低。缺點(diǎn)是一般啟動(dòng)前要求排氣充水，機(jī)組占地面積大，要求泵房有較大的平面尺寸。該泵比較適用于水位變幅較小的場(chǎng)合。庫區(qū)取水泵站取水水位最大變幅為24 m，如果選用相同泵型的水泵，為了滿足供水需求，水泵安裝高程會(huì)很低，廠房底板低于廠區(qū)地坪高程30余m。此外，采用這種泵型會(huì)涉及到土建工程開挖量大，廠房的防洪、機(jī)電設(shè)備的防潮、廠房底部的通風(fēng)、廠房技術(shù)排水、水泵運(yùn)行前的抽真空等諸多問題。同時(shí)還要考慮人員走道與安裝檢修設(shè)備的放置，擴(kuò)大了廠房的平面尺寸，大大增加了施工難度與日常運(yùn)行管理的復(fù)雜性，造成較大的安全隱患。如果選用不同的泵型，在保證供水的前提下，廠房會(huì)擴(kuò)大數(shù)倍，這在庫區(qū)取水泵站中是不現(xiàn)實(shí)的，而且其控制系統(tǒng)也會(huì)復(fù)雜很多，給正常運(yùn)行留下隱患。

長軸深井泵：該泵屬于立式泵，其優(yōu)點(diǎn)是立式泵葉輪淹沒于水下，啟動(dòng)方便，操作簡(jiǎn)單。電機(jī)居于上方，有利于防洪和通風(fēng)。機(jī)組占地面積小，要求泵房的平面尺寸要小。但是其缺點(diǎn)也比較明顯，安裝、維修、管理較復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員；泵房高度較大，機(jī)組價(jià)格較高；適用于水位變幅較大的場(chǎng)合。

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，考慮選用長軸深井泵機(jī)組，以減少土建工程開挖量。將水泵機(jī)組布置在進(jìn)水池上部，又減少了廠房占地面積。這樣的布置減少了通風(fēng)、排水、抽真空、廠房走道等的投資，同時(shí)消除了運(yùn)行中工作人員的安全隱患，保證了泵站的正常運(yùn)行可靠率。初選庫區(qū)取水泵站水泵型號(hào)450RJC500-30×6的長軸深井泵4臺(tái)，設(shè)計(jì)揚(yáng)程均為186 m，設(shè)計(jì)流量為0.143 m3/s，額定轉(zhuǎn)速為1 475 r/min。RJC選用先進(jìn)的水力模型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，葉片流道部位環(huán)氧涂復(fù)等多種新工藝。水泵效率高，效率曲線平緩，高效區(qū)域?qū)拸V，工作范圍增加10%～20%，水泵運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小。武鄉(xiāng)電廠供水中使用的就是這種泵型，運(yùn)行狀態(tài)良好。

考慮到長軸深井泵葉輪及軸承長期浸泡在水中，運(yùn)行中泥沙對(duì)水泵軸承的磨損，長軸深井泵采取軸承外注清水潤滑的保護(hù)措施，以提高軸承使用壽命，降低運(yùn)行成本。

3.4 水泵工作點(diǎn)的確定

根據(jù)泵站的流量和出水壓力管道長度、直徑，計(jì)算水泵工作點(diǎn)。

庫區(qū)取水泵站機(jī)組出水鋼管直徑為300 mm；廠外出水總管直徑為800 mm，管長2 130 m。

在計(jì)算確定工況點(diǎn)時(shí)，采用圖解法，利用水泵特性曲線和泵站管路特性曲線交點(diǎn)求得水泵運(yùn)行工作點(diǎn)流量、揚(yáng)程、效率、軸功率，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 水泵運(yùn)行工作點(diǎn)計(jì)算結(jié)果表

結(jié)果表明，此次選型能滿足泵站多種運(yùn)行工況需要，保證供水要求。根據(jù)水泵軸功率，配套電動(dòng)機(jī)容量450 kW，額定電壓10 000 V，額定轉(zhuǎn)速1 480 r/min。

此外需要說明一點(diǎn)，庫區(qū)取水泵站取水位由庫區(qū)水位限定 622.70～646.53 m，地形揚(yáng)程為 152.57～176.30 m，工作揚(yáng)程159～186 m。庫區(qū)取水泵站取水揚(yáng)程最大變幅27 m，由于泵站的水泵由六級(jí)葉輪組成，分擔(dān)到每級(jí)的話，尚在水泵的允許范圍之內(nèi)，流量變幅在0.143～0.195 m3/s。由于取水泵站到界都泵站間有事故調(diào)節(jié)水池，具有一定的調(diào)節(jié)能力，所以取水泵站不增設(shè)變頻調(diào)速裝置，利用水泵自身的調(diào)節(jié)功能來保證正常供水，多余的水量進(jìn)入調(diào)節(jié)池。

4 結(jié)語

本次水泵選型充分考慮了當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選用長軸深井泵，減少了工程投資，降低了施工難度，提高了運(yùn)行的安全可靠性。