陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃一泵站改造工程主水泵選型方案研究

光榮

（寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 寧夏銀川 750004）

1 工程概況

陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程是為解決革命老區(qū)寧夏鹽池、同心縣，陜西省定邊縣，甘肅省環(huán)縣部分地區(qū)人畜飲水困難，防治地方病，發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)老區(qū)人民脫貧致富而興建的一項(xiàng)揚(yáng)黃工程，是國(guó)家“八五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。工程分三省區(qū)共用工程和各省區(qū)專用工程。設(shè)計(jì)流量11m3/s（一泵站）。共用工程1988年7月開工建設(shè)，1996年9月竣工，共建成泵站12座，總裝機(jī)容量6.59萬KW，完成投資3.03億元。

由于陜西、甘肅兩省專用工程建設(shè)速度較緩慢，共用工程達(dá)不到設(shè)計(jì)供水能力，在小流量情況下運(yùn)行，造成運(yùn)行管理成本一直居高不下，加之泵站、干渠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，防洪、排水、風(fēng)沙、流沙等問題考慮不足，遺留問題較多，機(jī)泵、變電工程為八十年代中期水平，維護(hù)量大、安全性較低。工程效益得不到應(yīng)有的發(fā)揮，政府財(cái)政補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)較重，長(zhǎng)期困擾著工程管理單位的日常工作，嚴(yán)重影響著泵站和渠道的正常運(yùn)行。

為了使這項(xiàng)造福老區(qū)人民的基礎(chǔ)設(shè)施早日發(fā)揮其應(yīng)有的作用，國(guó)家發(fā)改委、水利部分別于2009年7月，對(duì)鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程的共用部分和專用部分的續(xù)建改造工程進(jìn)行了初設(shè)批復(fù)，同意續(xù)建改造該工程。

共用工程龍頭泵站——陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃一泵站于1992年9月建成并試運(yùn)行。泵站設(shè)計(jì)流量：11m3/s，總揚(yáng)程：9.5m；共安裝：40ZLB-50水泵6臺(tái)，安裝：YL 400-10配套電機(jī)6臺(tái)，總裝機(jī)容量：2400kW。

2 初設(shè)情況

2.1 一泵站初設(shè)改造內(nèi)容

一泵站初設(shè)改造內(nèi)容見表1所示。

表1 更新改造機(jī)泵及輔助設(shè)備表（初步設(shè)計(jì)）

2.2 初步設(shè)計(jì)方案存在的主要問題

（1）鹽環(huán)定揚(yáng)水一泵站存在的安全運(yùn)行問題。

鹽環(huán)定一泵站在東干渠 36km+200m取水，東干渠受灌溉用水高峰影響，水位變化大，現(xiàn)安裝的立式軸流泵適應(yīng)揚(yáng)程變幅小、不具備水量調(diào)節(jié)功能；一泵站原6臺(tái)軸流式水泵，水泵、電動(dòng)機(jī)為上下兩個(gè)基礎(chǔ)，振動(dòng)、汽蝕較嚴(yán)重，擺度大，噪音大，因機(jī)組的振動(dòng)、汽蝕，再加上黃河水的泥沙進(jìn)入到水泵的上、下橡膠導(dǎo)軸承，導(dǎo)致導(dǎo)軸承運(yùn)行中損壞嚴(yán)重。

（2）鹽環(huán)定揚(yáng)水一泵站機(jī)組檢修繁雜、配件費(fèi)用貴，維修成本大。

（3）原出水管駝峰上安裝的真空破壞閥已損壞，不具備開機(jī)排氣、停機(jī)進(jìn)氣斷流的功能，現(xiàn)已拆除用手動(dòng)閘閥臨時(shí)替代，嚴(yán)重影響水泵機(jī)組的安全運(yùn)行。

（4）一泵站裝置效率低，能源單耗高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

2.3 結(jié)論

要從根本上解決鹽環(huán)一泵站水泵機(jī)組存在的上述兩大問題，應(yīng)當(dāng)注意以下兩點(diǎn)：（1）鹽環(huán)一泵站改造時(shí)，泵型必須大小搭配，而且新選的泵型應(yīng)能適應(yīng)鹽環(huán)一泵站進(jìn)水池水位變化的要求；（2）鹽環(huán)一泵站改造時(shí)，新選的水泵機(jī)組的振動(dòng)、汽蝕要在規(guī)程范圍之內(nèi)，在結(jié)構(gòu)上要取消橡膠軸承。

3 鹽環(huán)一泵站方案調(diào)整的必要性及調(diào)整后的影響

3.1 鹽環(huán)一泵站方案調(diào)整的必要性

（1）鹽環(huán)定揚(yáng)水工程一泵站作為西北三?。▍^(qū)）干旱帶上的及其重要的水源泵站，是農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲水、工業(yè)供水等唯一水源，為了提高供水保證率，必須進(jìn)行徹底改造；

（2）一泵站必須進(jìn)行徹底改造，才能解決現(xiàn)安裝的軸流泵揚(yáng)程變幅小、不具備水量調(diào)節(jié)功能，系統(tǒng)輸水不穩(wěn)定，不能適應(yīng)不同輸水流量的矛盾；

（3）一泵站必須進(jìn)行徹底改造，才能根本解決供水上的安全隱患，才能使一泵站恢復(fù)設(shè)計(jì)流量，才能根本解決水泵振動(dòng)、汽蝕嚴(yán)重，擺度大，噪音大，導(dǎo)軸承檢修、更換周期短，能源單耗高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等問題；

（4）一泵站徹底改造后，泵站裝置效率由改造前的 58.27%提高為改造后的 65.36%。（《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265-2010）規(guī)定：軸流泵站與混流泵站的裝置效率不宜低于65%）；

3.2 方案調(diào)整后的影響

鹽環(huán)定一泵站方案調(diào)整后對(duì)整個(gè)工程規(guī)模不產(chǎn)生影響，首先泵站的設(shè)計(jì)流量不發(fā)生變化，既泵站的規(guī)模不發(fā)生變化；其次，泵站主副廠房結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。

鹽環(huán)定一泵站方案調(diào)整后對(duì)工程安全不產(chǎn)生影響，方案調(diào)整只是機(jī)組的形式發(fā)生了變化，方案調(diào)整后的機(jī)組的形式更有利于泵站的安全運(yùn)行。

鹽環(huán)定一泵站方案調(diào)整后對(duì)生態(tài)環(huán)境不產(chǎn)生影響，方案調(diào)整只是機(jī)組的形式發(fā)生了變化，方案調(diào)整后的機(jī)組運(yùn)行的噪音更小、運(yùn)行更平穩(wěn)，更有利于泵站生態(tài)環(huán)境的和諧。

鹽環(huán)定一泵站方案調(diào)整后投資增加約 1250萬元，約占續(xù)建公用工程投資的 8%，對(duì)整個(gè)工程投資影響不大；鹽環(huán)定一泵站方案調(diào)整后，機(jī)組運(yùn)行效率更高，更加節(jié)電、節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益會(huì)顯著提高。

4 鹽環(huán)一泵站方案調(diào)整的內(nèi)容

4.1 主設(shè)備方案調(diào)整的基本原則

（1）在各運(yùn)行工況下，水泵不氣蝕、不超載，且能在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行；（2）在黃河多泥沙條件下，水泵過流部件耐磨損，效率下降慢，使用壽命滿足設(shè)計(jì)要求；（3）選型時(shí)泵站設(shè)計(jì)流量不變，考慮一泵站現(xiàn)有6個(gè)機(jī)位，泵型進(jìn)行大、中、小水泵泵搭配；（4）選用的設(shè)備應(yīng)是可靠、成熟的產(chǎn)品，設(shè)備及土建的投資應(yīng)盡量節(jié)省；

4.2 一泵站大、中、小泵搭配，流量初步確定

根據(jù)一泵站現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)與運(yùn)行管理單位商定：一泵站裝4大、1中、1小水泵，運(yùn)行為：3大、1中、1小水泵，備用1臺(tái)大泵；大泵流量為：2.9m3/s，中泵流量為：1.8m3/s，小泵流量為：0.9m3/s，泵站設(shè)計(jì)流量為：11m3/s。

4.3 一泵站水泵泵型的比較

根據(jù)鹽環(huán)定一泵站設(shè)備調(diào)研、考察報(bào)告及甘肅省某電灌工程一、二泵站改造后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的情況及現(xiàn)鹽環(huán)一泵站的運(yùn)行揚(yáng)程 9.59m，可以得出：目前適合鹽環(huán)定一泵站改造的泵型有混流水泵和軸流水泵，揚(yáng)程在6～15m范圍內(nèi)，混流水泵和軸流水泵都能適應(yīng)；但是，混流泵從零流量到大流量均能運(yùn)行，軸流泵只能在大流量下運(yùn)行；混流泵高效范圍廣，能適應(yīng)揚(yáng)程變化，軸流泵高效范圍窄，揚(yáng)程變化后，效率很快降低；混流泵的抗汽蝕性能好，軸流泵的抗汽蝕性能較差；結(jié)合鹽環(huán)一泵站的實(shí)際情況，對(duì)單基礎(chǔ)蝸殼式混流水泵和單基礎(chǔ)導(dǎo)葉式混流水泵進(jìn)行比較，兩種泵型的泵站技術(shù)指標(biāo)表見表 2和表3所示。

從兩種泵型的泵站技術(shù)指標(biāo)表可以看出：（1）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵轉(zhuǎn)速低，設(shè)備重，相對(duì)運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)，振動(dòng)、擺度??；而單基礎(chǔ)導(dǎo)葉式混流泵轉(zhuǎn)速高，設(shè)備輕，相對(duì)運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)、擺度大；（2）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵相對(duì)運(yùn)行時(shí)水泵的抗汽蝕性能好，振動(dòng)、擺度??；而單基礎(chǔ)導(dǎo)葉式混流泵相對(duì)運(yùn)行時(shí)水泵的抗汽蝕性能差，振動(dòng)、擺度大。

表2 一泵站技術(shù)指標(biāo)表(單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵方案)

4.4 兩種水泵改造費(fèi)用的比較（機(jī)泵費(fèi)用+相應(yīng)的水工費(fèi)用）

單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵改造方案的費(fèi)用比單基礎(chǔ)導(dǎo)葉式混流泵改造方案費(fèi)用多 44.786萬元（占13.8%），建議仍然推薦單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵改造方案。其理由如下：

（1）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵避免了導(dǎo)葉式混流泵水導(dǎo)軸承在黃河水中運(yùn)行易磨損之弊端；（2）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵轉(zhuǎn)速低，設(shè)備重，相對(duì)運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)，振動(dòng)、擺度?。唬?）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵相對(duì)運(yùn)行時(shí)水泵的抗汽蝕性能好，振動(dòng)、擺度??；（4）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵葉輪為閉式結(jié)構(gòu)，由前后護(hù)板及5個(gè)葉片整體焊接或鑄成一個(gè)整體葉輪，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于導(dǎo)葉式混流泵之開式葉輪（即葉片式結(jié)構(gòu)）；（5）單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵沒有導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑水系統(tǒng)，運(yùn)行、維護(hù)簡(jiǎn)單、方便、可靠；（6）由雙基礎(chǔ)立式軸流泵改為單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵后，機(jī)組振動(dòng)的預(yù)測(cè)：機(jī)組改造后原雙基礎(chǔ)立式軸流泵：水泵與電動(dòng)機(jī)之間的 4.0m的傳動(dòng)軸將取消，機(jī)組的轉(zhuǎn)速由原來的600rpm降低為425rpm和490rpm，水泵與電動(dòng)機(jī)改為直聯(lián)，機(jī)組的振動(dòng)及擺度將大大減輕。（7）由雙基礎(chǔ)立式軸流泵改為單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵后，機(jī)組檢修、維護(hù)方便。單基礎(chǔ)蝸殼式混流泵檢修時(shí)，工作面全部在水泵層，無需在進(jìn)水流道的地板處拆進(jìn)水喇叭管，更換葉輪、維修機(jī)組簡(jiǎn)便，一般檢修一臺(tái)機(jī)組需要約5～7天，機(jī)組的檢修周期大大縮短。

表3 一泵站技術(shù)指標(biāo)表(單基礎(chǔ)導(dǎo)葉式混流泵方案)

5 結(jié)語

為了使國(guó)家“八五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一的《陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程》充分發(fā)揮應(yīng)有的效益，調(diào)整后的一泵站改造方案較初步設(shè)計(jì)增加投資 1250.0萬元，但是從根本上解決原安裝的軸流泵揚(yáng)程變幅小、不具備水量調(diào)節(jié)功能，系統(tǒng)輸水不穩(wěn)定，不能適應(yīng)不同輸水流量的矛盾；解決了水泵振動(dòng)、汽蝕嚴(yán)重，擺度大，噪音大，導(dǎo)軸承檢修、更換周期短，能源單耗高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等問題；一泵站徹底改造后已運(yùn)行近一年，泵站裝置效率由改造前的58.27%提高到65.36%，機(jī)組運(yùn)行非常平穩(wěn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，受到了業(yè)主及運(yùn)行單位的一致好評(píng)，這說明改造是成功的。