黃水東調(diào)工程主線加壓泵站水泵設(shè)計分析

都苑苑，鐘承辰

（青島源水投資發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 青島266000）

青島市黃水東調(diào)承接工程是為實現(xiàn)青島市雙路供給客水而建設(shè)的調(diào)水工程，起始點為山東省黃水東調(diào)二期宋莊東延工程輸水管線末端（平度市明村鎮(zhèn)傅李莊村北），工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型，共包括116.414 km的暗埋輸水管線和2座加壓泵站。本文主要分析其中的主線加壓泵站的水泵設(shè)計。

1 工程概況

主線加壓泵站位于平度市傅李莊村東，距宋莊東延工程管線末端2 km，其任務(wù)是將宋莊東延工程末端來水經(jīng)加壓后通過管道輸送至擬建官路水庫，在官路水庫建成前，自輸水主線設(shè)三條配水管線向即墨區(qū)、市內(nèi)五區(qū)、西海岸新區(qū)、膠州市、平度市進(jìn)行輸水。泵站設(shè)計流量9 m3/s，加大流量15 m3/s，設(shè)計流量下?lián)P程范圍23.19～37.95 m，加大流量下?lián)P程范圍58.15~72.91 m。設(shè)4臺臥式單級雙吸離心泵，其中1臺備用，安裝高程7.626 m，采用10 kV的3 150 kW變頻電動機，機組通過變頻調(diào)速運行，以滿足流量和揚程變幅要求，泵站總裝機容量12.60 MW。

2 水泵選擇

2.1 機組選型原則

1）以現(xiàn)行國家或行業(yè)規(guī)程、規(guī)范為依據(jù)。2）機組的技術(shù)性能適應(yīng)該泵站的供水條件，在滿足供水流量的同時機組具有較高的效率。3）機組技術(shù)先進(jìn)，運行穩(wěn)定可靠，有較好的抗汽蝕性能。4）在滿足泵站流量要求的同時，盡量節(jié)約投資和運行費用。5）在泵站設(shè)計揚程時，水泵運行在最高效率區(qū)，且滿足泵站設(shè)計流量；在最高或最低揚程時，水泵能夠安全、穩(wěn)定地運行，配套電動機不超載。6）機組安裝、檢修方便，便于維護(hù)和管理。

2.2 水泵選型

水泵選型按照既要滿足設(shè)計要求、經(jīng)濟(jì)合理、又便于運行管理的原則，通過對效率、機電設(shè)備投資、土建投資、運行管理方便等多方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定。

1）水泵類型。根據(jù)泵站流量、揚程及水泵生產(chǎn)情況，鑒于臥式安裝方式運行、管理、檢修、維護(hù)方便，安裝技術(shù)成熟且土建結(jié)構(gòu)相對簡單，確定選用臥式單級雙吸離心泵。

2）機組臺數(shù)。本泵站為重要供水泵站且年運行時間較長（243 d），考慮設(shè)計流量供水時設(shè)1臺機組備用，加大流量供水時不設(shè)備用泵。對工作機組臺數(shù)初步選擇2臺、3臺2個方案進(jìn)行比選。方案一選擇臥式單級雙吸離心泵；方案二選擇臥式單級雙吸離心泵。

3）方案比選。通過方案比較，可以得出以下結(jié)論：（1）從運行參數(shù)比較 各方案均可滿足泵站運行要求。（2）從水泵吸水性能比較，方案二的汽蝕余量4.0 m小于方案一的汽蝕余量5.0 m，故方案二的水泵吸水性能好。（3）從裝機容量和運行容量比較，方案一的總裝機容量為1.35萬kW，方案二的總裝機容量為1.26萬kW和加大流量工況下運行容量均較小，設(shè)計流量工況下運行容量差較小，節(jié)能性能更好。（4）從水泵機組投資比較，方案二的投資較方案一的投資略大。（5）從水工結(jié)構(gòu)和土建結(jié)構(gòu)比較，兩個方案的土建結(jié)構(gòu)相似，只是大小不同，高度不一樣，方案一的泵房尺寸較大，方案二的泵房尺寸較小。（6）從運行管理方面比較，方案一單泵流量5.0 m3/s較大，泵站運行工況調(diào)節(jié)性能差；方案二單泵流量3.75 m3/s較小，泵站運行工況調(diào)節(jié)較靈活，性能較好。

綜上，方案二水泵臺數(shù)較多，但水泵吸水性能較好，總裝機容量和運行容量較小，泵站總投資雖略大，但運行工況調(diào)節(jié)靈活，方便運行管理，故本工程水泵機組臺數(shù)選擇方案二4臺。

2.3 水泵性能參數(shù)

初選水泵為臥式單級雙吸離心泵，共4臺，設(shè)計流量下3用1備，加大流量時啟用4臺水泵，單泵流量3～3.75 m3/s，揚程范圍23.19～72.91 m，水泵轉(zhuǎn)速590 r/min，水泵葉輪直徑1 200 mm，泵站設(shè)計工況對應(yīng)水泵汽蝕余量4.0 m，最低揚程下水泵汽蝕余量7.5 m，工頻運行工況范圍內(nèi)效率86%～91.8%，配套電機功率3 150 kW，泵站總裝機容量1.26萬kW。

3 機組變頻調(diào)速運行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

本站揚程范圍23.19～72.91 m，流量范圍9～15 m3/s，揚程和流量變化范圍較大，揚程低于52 m時機組不能安全穩(wěn)定運行，為適應(yīng)運行工況要求，需要采用大小機組配合運行或機組變頻調(diào)速運行。如果采用大小機組配合運行，則需要4臺1000-1350A型臥式單級雙吸離心泵機組（配套功率3 150 kW）和4臺1000-820型臥式單級雙吸離心泵機組（配套功率1 400 kW），主機組及其附屬設(shè)備總投資約4 346萬元，另外廠房投資也大大增加；如果采用變頻調(diào)速運行，則需要4臺1000-1350A型臥式單級雙吸離心泵機組（配套功率）及變頻調(diào)速系統(tǒng)，主機組（含變頻調(diào)速系統(tǒng)）及其附屬設(shè)備總投資約3 565萬元。

根據(jù)上述分析，采用大小機組配合運行，則機組臺數(shù)較多，工程投資大，而且運行管理復(fù)雜；采用變頻調(diào)速運行能滿足流量和揚程以及安全穩(wěn)定運行要求，而且工程投資較省，故本站機組全部采用變頻調(diào)速運行。針對工程的運行流量和壓力要求，本站機組運行情況詳見表1。

4 泵站機組運行工況分析

4.1 運行方式

因泵站運行揚程和流量變幅較大，揚程要求從23.19 m到72.91 m，流量要求從9 m3/s到15 m3/s，為滿足泵站流量和揚程變幅要求，機組全部采用變頻調(diào)速運行。

4.2 裝機功率復(fù)核

經(jīng)計算，水泵工頻運行時最低揚程為58.15 m，對應(yīng)單泵流量4.85 m3/s，效率為91%，經(jīng)計算水泵最大軸功率3 038 kW，按規(guī)范要求電機容量儲備系數(shù)取1.05～1.1，配套功率為3 190～3 342 kW，考慮水泵全部采用變頻調(diào)速運行，按標(biāo)準(zhǔn)電機選配功率為3 150 kW，泵站總裝機容量12 600 kW。

4.3 水泵各運行工況分析

根據(jù)泵站各運行工況及水泵并聯(lián)調(diào)速運行工況分析圖，水泵各運行工況詳見表1。

表1 水泵并聯(lián)調(diào)速運行各工況分析表

由表1看出，通過水泵運行臺數(shù)、管道運行根數(shù)及機組變頻調(diào)速運行控制，泵站可滿足任何工況下流量運行要求，泵站最少應(yīng)開啟3臺機組并聯(lián)1根管道運行。從表1還可以看出，滿足供水加大流量15 m3/s、最高揚程72.91 m時，電機需超頻運行。經(jīng)分析，供水加大流量15 m3/s、泵站最高揚程發(fā)生的情況在吸水池水位最低9.50 m和擬建官路水庫最高水位21.76 m時，考慮到該工況為供水的極限值，水庫已達(dá)最高水位，不必再繼續(xù)進(jìn)水，且南線分水可由官路水庫調(diào)節(jié)，亦有保障，故供水15 m3/s，泵站按設(shè)計揚程運行就能達(dá)到供水要求。