李秀梅

(廣東粵水電勘測設(shè)計(jì)有限公司,，廣東佛山528000)

摘要：佛山市?？谝潘谜緸橹亟ㄒ沤Y(jié)合的泵站，由于條件限制,，引排水泵站需分開布置,。分別對引排水泵站進(jìn)行水機(jī)選型，最終確定排水泵站采用常規(guī)立式軸流泵,、引水泵站采用立式潛水軸流泵的水機(jī)型式,。本站已經(jīng)投入運(yùn)行兩年多，運(yùn)行狀況良好,，排澇及引水效率均較高,，選型滿足泵站要求，可為本地區(qū)類似泵站水泵選型提供參考方法,。

關(guān)鍵詞：引排泵站,；分開布置；機(jī)組選型,；常規(guī)立式軸流泵,；潛水軸流泵

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化工業(yè)化水平進(jìn)一步加快,，珠三角河網(wǎng)地區(qū)一些城市排澇標(biāo)準(zhǔn)較低,，原有排澇設(shè)施不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。同時(shí),，工業(yè)快速發(fā)展造成沿河涌兩岸生態(tài)環(huán)境較差,，迫切需要進(jìn)行綜合整治。因此,，為提升城市排澇標(biāo)準(zhǔn)及改善內(nèi)河涌水質(zhì),，急需在內(nèi)河涌與外江相通的閘口興建引排泵站。受場地及城市規(guī)劃等限制，排澇泵站和引水泵站需分開布置,。如何結(jié)合工程實(shí)際,，分別為泵站選擇性能良好、運(yùn)行維護(hù)管理方便,、投資較省等綜合效益最佳的泵型顯得尤為重要,，下面結(jié)合工程實(shí)例作比較探討。

1 工程概況及基本設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 工程概況

佛山市?？谝潘谜疚挥诜鹕绞卸U城區(qū)西側(cè),，工程主要任務(wù)是重建引排結(jié)合泵站，提高城西片區(qū)排澇能力,，改善周邊及內(nèi)涌水環(huán)境,。根據(jù)泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[1]等級劃分，泵站出

注：括號(hào)外數(shù)字表示外江水位,，括號(hào)內(nèi)表示內(nèi)涌水位

水壓力涵為佛山大堤干堤的穿堤建筑物，佛山大堤為二級堤防,，故泵站工程等別為II等,。受到建設(shè)場地等多種因素限制，泵站無法實(shí)現(xiàn)引排泵站合一的布置形式,，泵站工程主要工程特性見表1,。

1.2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 特征揚(yáng)程

本站攔污柵、安全柵等過柵損失按0.2 m計(jì),，按照表1中的特征水位分別計(jì)算排澇站和引水站的特征揚(yáng)程見表2,。

表2 海口引排水泵站特征揚(yáng)程 m

泵站揚(yáng)程數(shù)值排澇泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程5.92-(0.5-0.2)=5.62最高凈揚(yáng)程6.63-(0.0-0.2)=6.83平均凈揚(yáng)程3.50-(0.5-0.2)=3.20引水泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程1.50-(0.0-0.2)=1.70最高凈揚(yáng)程1.50-(-0.5-0.2)=2.20

注：由于引水站出水管中心線與最高內(nèi)涌水位相同,，所以各特征水位均用出水管中心線高程計(jì)算

1.2.2 規(guī)劃設(shè)計(jì)流量

依據(jù)排澇及引水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,，最終確定海口引排水泵站設(shè)計(jì)排水流量為10.0 m3/s,，設(shè)計(jì)引水流量為6.0 m3/s,。

2 水泵機(jī)組選型

2.1 選型原則

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面考慮,，泵型選擇的主要原則[2]為：①充分滿足泵站設(shè)計(jì)流量,、設(shè)計(jì)揚(yáng)程及不同時(shí)期引排水的要求，并盡量使所選水泵在泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)在其額定工況點(diǎn)附近,，在泵站最高揚(yáng)程運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)處于高效區(qū)范圍內(nèi),；②選用性能良好,，并與泵站揚(yáng)程,、流量變化相適應(yīng)的泵型；③具有多種泵型可供選擇時(shí),，應(yīng)綜合分析水力性能,、機(jī)組造價(jià),、工程投資和運(yùn)行檢修管理等因素?fù)駜?yōu)確定。

2.2 泵型選擇

2.2.1 排澇泵站泵型及臺(tái)數(shù)選擇

一般情況下,，流量較大且揚(yáng)程低于10 m的泵站宜選用軸流泵,。本站排澇設(shè)計(jì)流量10.0 m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程5.62 m,，最高凈揚(yáng)程6.83 m,，均小于10 m，考慮選用軸流式水泵,。根據(jù)排澇泵站基本設(shè)計(jì)參數(shù),，在設(shè)計(jì)工況下，按額定轉(zhuǎn)速n=300 r/min計(jì)算比轉(zhuǎn)速ns,。

ns>500,，泵型符合軸流泵的比轉(zhuǎn)速范圍。

軸流式水泵的安裝型式主要有立式,、斜式和臥式,，其適宜揚(yáng)程分別在3～10 m、2～5 m和0～3 m范圍內(nèi),。由于臥式水泵機(jī)組占地較大,，在平面上難以布置，且廠房在堤腳埋深大,，通風(fēng)條件差,，電機(jī)相對易受潮，故不推薦選用,。斜式軸流泵電機(jī)需設(shè)減速箱,，增加設(shè)備投資，且泵軸斜置后,，受力復(fù)雜,，導(dǎo)軸承壽命相對較短。本工程為中型泵站,，單泵設(shè)計(jì)流量相對不大,，小于1.6 m的斜式軸流泵較少廠家生產(chǎn)，故也不推薦選用,。立式軸流泵是國內(nèi)外廣泛使用的泵型,，有成熟的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),，此外立式水泵機(jī)組泵房平面尺寸較小,，電機(jī)裝在上層便于通風(fēng)、防潮，因此排澇泵站推薦選用立式軸流泵機(jī)組,。

按實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),，對10.0 m3/s流量，擬定以下比選方案：1臺(tái)1 600水泵機(jī)組,、2臺(tái)1 400水泵機(jī)組及3臺(tái)1 000水泵機(jī)組,。由于1臺(tái)機(jī)組調(diào)度較不靈活，且排水保證率較低,，3臺(tái)機(jī)組占地相對較大在本場地難以布置,，故選用2臺(tái)1 400水泵較為合適，查水泵樣本,，泵型分別是1400ZLB5.4-5.8常規(guī)立式軸流泵和1400QZ-70立式潛水軸流泵進(jìn)行比選,。

2.2.2 引水泵站泵型及臺(tái)數(shù)選擇

受擬建場地的限制，引水泵站只能布置潛水泵,，鑒于引水泵站凈揚(yáng)程較低,，提引的外江水質(zhì)較好，適宜選取潛水軸流泵,，根據(jù)上述選型原則及以往經(jīng)驗(yàn),，擬定2臺(tái)1000QZ-130立式潛水軸流泵和3臺(tái)800QZ-130立式潛水軸流泵進(jìn)行比選。選用潛水軸流泵有以下優(yōu)點(diǎn),。

a) 安裝維修方便,。特別是鋼制井筒式，有自動(dòng)耦合裝置,只需將整機(jī)吊入井筒內(nèi),，上好井蓋即可,。操作簡單、安裝時(shí)間短,、費(fèi)用低,。出現(xiàn)故障維修時(shí),打開井蓋，整機(jī)吊出,，不需要關(guān)閉節(jié)制閘門,，更不影響其他機(jī)組的正常運(yùn)行。

b) 減少了易損件,。由于潛水軸流泵的特殊構(gòu)造,，泵軸不再同水接觸，在正常使用中,，僅需更換葉片,，減少了維修工作量和費(fèi)用。

c) 噪音變小,，改善了工作環(huán)境,。

2.3 水泵性能曲線及工作點(diǎn)參數(shù)

2.3.1 水力計(jì)算公式

水泵工作時(shí)的特征揚(yáng)程為各特征凈揚(yáng)程與相應(yīng)水力損失水頭之和[3],，用公式表示即為：

H總=H凈+∑Δh損

水力損失包括局部水頭損失和沿程水頭損失，根據(jù)水頭損失計(jì)算基本公式[4],，推導(dǎo)出本工程所涉及到的幾種情況水頭損失計(jì)算公式，分別表示如下,。

a) 圓形管道局部水頭損失計(jì)算公式：

b) 其他形狀局部水頭損失計(jì)算公式：

c) 圓形管道沿程水頭損失計(jì)算公式：

d) 其他形狀沿程水頭損失計(jì)算公式：

2.3.2 排澇泵站工作點(diǎn)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)上述水力計(jì)算公式,，結(jié)合排澇泵站布置情況，確定兩方案排澇泵站各工況水泵機(jī)組裝置性能曲線如下,。

a) 方案一(1400ZLB5.4-5.8立式軸流泵)設(shè)計(jì)揚(yáng)程運(yùn)行工況：H設(shè)計(jì)=5.62+0.01962Q2

最高揚(yáng)程運(yùn)行工況：H最高=6.83+0.01962Q2

平均揚(yáng)程運(yùn)行工況：H平均=3.20+0.01962Q2

b) 方案二(1400QZ-70立式潛水軸流泵)

設(shè)計(jì)揚(yáng)程運(yùn)行工況：H設(shè)計(jì)=5.62+0.03545Q2

最高揚(yáng)程運(yùn)行工況：H最高=6.83+0.03545Q2

平均揚(yáng)程運(yùn)行工況：H平均=3.20+0.03545Q2

將上述裝置性能曲線疊加于兩種泵型的工作性能曲線分別見圖1,、2。經(jīng)水力計(jì)算及按各水泵廠家的泵型樣本得到排澇泵站各方案水泵工作點(diǎn)參數(shù),，見表3,。

圖1 1400ZLB5.5-7.5軸流泵工作點(diǎn)計(jì)算

圖2 1400QZ-70潛水軸流泵工作點(diǎn)計(jì)算

2.3.3 引水泵站工作點(diǎn)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)上述水力計(jì)算公式，結(jié)合引水泵站布置情況,，確定兩方案引水泵站各工況水泵機(jī)組裝置性能曲線如下,。

a) 方案一(1000QZ-130潛水軸流泵)

設(shè)計(jì)揚(yáng)程運(yùn)行工況：H設(shè)計(jì)=1.70+0.07710Q2

最高揚(yáng)程運(yùn)行工況：H最高=2.20+0.07710Q2

b) 方案二(800QZ-130潛水軸流泵)

設(shè)計(jì)揚(yáng)程運(yùn)行工況：H設(shè)計(jì)=1.70+0.19326Q2

最高揚(yáng)程運(yùn)行工況：H最高=2.20+0.19326Q2

將上述裝置性能曲線疊加于兩種泵型的工作性能曲線分別見圖3、4,。經(jīng)水力計(jì)算及按各水泵廠家的泵型樣本得到引水泵站各方案水泵工作點(diǎn)參數(shù),，見表3。

圖3 1000QZ-130潛水軸流泵工作點(diǎn)計(jì)算

圖4 800QZ-130潛水軸流泵工作點(diǎn)計(jì)算

2.4 水泵方案比選

從表3可以看出,，排水泵站方案一裝置效率明顯高于方案二,，且方案一總裝機(jī)容量比方案二減少12%，運(yùn)行費(fèi)用必然比方案二小,，總排澇流量卻比方案二高,。此外，排水泵年運(yùn)行時(shí)間較少,，如不經(jīng)常運(yùn)行,，潛水軸流泵的可靠性沒有立式軸流泵好。因此,，綜合考慮泵站裝置效率及運(yùn)行費(fèi)用及可靠性等因素,，排澇泵站采用2臺(tái)1400ZLB5.4-5.8立式軸流泵方案比較合理可行。

從表3可以看出,，引水泵站方案一裝置效率明顯高于方案二,，且方案一總裝機(jī)容量比方案二減少2.3%，運(yùn)行費(fèi)用比方案二小,。此外,，方案一機(jī)組臺(tái)數(shù)較方案二少1臺(tái)，工程占地相對較少,。因此,，綜合考慮泵站裝置效率,、運(yùn)行費(fèi)用及工程占地等因素，引水泵站采用2臺(tái)1000QZ-70立式潛水軸流泵方案比較合理可行,。

表3 引排水泵站水泵機(jī)組工作參數(shù)

方案排澇泵站方案一方案二引水泵站方案一方案二水泵型號(hào)1400ZLB5.4-5.8 2臺(tái)1400QZ-70 2臺(tái)1000QZ-130 2臺(tái)800QZ-130 3臺(tái)轉(zhuǎn)速/(r·min-1)375370490590葉片角度/(°)+2-40+2工況平均設(shè)計(jì)最高平均設(shè)計(jì)最高設(shè)計(jì)最高設(shè)計(jì)最高單泵流量/(m3·s-1)6.085.294.806.185.555.153.112.992.082.00凈揚(yáng)程/m3.205.626.833.205.626.831.702.201.702.20總揚(yáng)程/m3.936.177.284.556.717.772.452.892.542.97水泵效率/%83.588.087.081.083.583.281.583.080.682.0軸功率/kW288372403349448483941056673配套功率/kW50056013290備用系數(shù)1.741.341.241.601.251.161.401.261.361.23總裝機(jī)容/kW1000 1120 264 270總流量/(m3·s-1)12.1610.589.6012.3611.1010.306.225.986.246.00裝置效率/%59.873.875.150.164.467.352.058.149.655.9

綜上,，排水站選用2臺(tái)1 400ZLB5.4-5.8半調(diào)節(jié)立式軸流泵，引水站選用2臺(tái)1 000QZ-130潛水軸流泵,。兩種泵型方案布置緊湊,，充分利用了狹窄的建設(shè)場地，且水泵及站運(yùn)行效率均較高,，滿足建設(shè)單位的使用要求,。

2.5 裝機(jī)容量確定

根據(jù)GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求，以最高揚(yáng)程工況下對應(yīng)的參數(shù)確定電機(jī)配套功率,。按設(shè)計(jì)規(guī)范,，電機(jī)應(yīng)有5%～10%的安全備用功率，根據(jù)仇寶云的研究成果[5]：常規(guī)備用系數(shù)K=1.05～1.10選用電機(jī)功率僅適用于H>10 m的中高揚(yáng)程泵站,。而對H=4～10 m的高比轉(zhuǎn)速低揚(yáng)程水泵,，一方面，流量—功率曲線較陡,，如果某些原因使泵工作點(diǎn)稍向小流量側(cè)偏移,，則軸功率就會(huì)大幅度增加；另一方面,，在功率影響因素中,，攔污柵水位差影響較大，由于泵揚(yáng)程較低,，攔污柵前后一定的水位差及進(jìn)出水流道水力損失計(jì)算誤差占泵揚(yáng)程比例較大,，泵機(jī)組過載系數(shù)大。因此,，對低揚(yáng)程水泵,，其電機(jī)功率備用系數(shù)宜大于1.10。

綜上所述,，在最高揚(yáng)程工況下,，結(jié)合電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)容量系列及水泵廠家建議配套電機(jī)容量，本站排澇泵站選配電機(jī)功率500 kW,，備用安全系數(shù)K=1.24,，總裝機(jī)容量1 000 kW；引水泵站配套電機(jī)功率132 kW,，備用安全系數(shù)K=1.26,，總裝機(jī)容量264 kW。滿足要求且有一定余量,，有利于提高泵站運(yùn)行的可靠度,。

3 結(jié)語

佛山市?？谝潘谜疽淹度脒\(yùn)行兩年多，運(yùn)行狀況良好,。經(jīng)委托中國灌溉排水發(fā)展中心水機(jī)現(xiàn)場檢測站測試,，主要測試結(jié)果如下。

a) 排澇泵站及引水泵站水泵機(jī)組實(shí)測最高裝置效率分別為75.49%,、58.38%,。

b) 排水機(jī)組實(shí)測噪聲值變化范圍為86.7～89.5 dB，實(shí)測振動(dòng)速度最大值為2.93 mm/s,，噪聲及振動(dòng)評價(jià)級別均為C級,，合格,。

c) 引水機(jī)組井筒上部噪聲實(shí)測值變化范圍為73.3～75.6 dB,，實(shí)測振動(dòng)速度最大值為1.76 mm/s。

測試結(jié)果及實(shí)際運(yùn)行均較理想,，表明該站排水選常規(guī)立式軸流泵,、引水選潛水軸流泵是非常合適的。根據(jù)珠三角河網(wǎng)地區(qū)的自然,、水文氣象條件,，這里興建的大部分排灌泵站具有排灌面積大、揚(yáng)程低,、流量大等特點(diǎn),，特別適合選用軸流泵。?？谝潘谜臼侵槿堑貐^(qū)比較典型及常見的引排水泵站,，因此其選型結(jié)果及過程可為本區(qū)泵站水泵機(jī)組選型借鑒推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 仇寶云.大中型水泵裝置理論與關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

(責(zé)任編輯：張錦華)

Design of Type Selection of Pump Units for Haikou Water Diversion & Drainage Pumping Station in Foshan City

LI Xiumei

(Guangdong YSD Surveying & Designing Co.,，Ltd, Foshan 528000, China)

Abstract：Haikou water diversion&drainage pumping station is a reconstruction pumping station. Because of limited conditions, the water diversion pumping station and the water drainage pumping station need be arranged separately. According to the selection of pump models in the Haikou pumping station, the results showed as follows: the conventional vertical axial flow pump was adopted to drainage pumping station; the submersible axial flow pump was adopted to diversion pumping station. This pumping station has been in trouble-free operation for more than two years. The type selection of pump units met the requirement of pumping station, which could provide a reference method for pump selection in this area.

Keywords：water diversion&drainage pumping station; separate arrangement; unit selection; conventional vertical axial flow pump; submersible axial flow pump

收稿日期：2017-05-17

作者簡介：李秀梅,，女，主要從事水利水電工程及水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作,。E-mail：[email protected]

中圖分類號(hào)：TV675

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9235(2017)8-0068-04

李秀梅.佛山市?？谝潘谜舅脵C(jī)組選型設(shè)計(jì)[J].人民珠江，2017,，38(8)：68-71.