禹门口东扩一级泵站水系统设计研究

付永东

1 工程概况

禹门口东扩一级泵站（以下称“一级泵站”）布置在三泉水库左岸，从三泉水库取水，向临汾、运城六县市工农业以及农村生活供水。泵站主线供水流量5.4m3/s，安装6台卧式单级双吸离心泵，工业供水和农业供水各3台，其中工业供水为2工1备，设计扬程36m；新绛支线供水流量0.41m3/s，安装2台卧式单级双吸离心泵，其中1台备用，设计扬程20m。

2 泵站充水系统设计

正吸程安装的离心泵启动前必须要充水。当主泵为小型水泵时，可用人工充水或用真空水箱和其他手动装置充水；当主泵为大、中型离心泵时，多采用真空泵充水。以下就常见的水环式真空泵充水方式进行详细阐述。

2.1 水环式真空泵工作原理及选型设计

2.1.1 工作原理

水环式真空泵的构造特点是泵轴上安装了对于圆柱形泵壳偏心的星形叶轮，其工作原理为：启动前，向泵内注入规定高度的水，当叶轮旋转时，由于离心力的作用将水甩到泵体周边，形成一个和泵壳同心的水环，水环上部的内表面与轮毂相切，下部的内表面与轮毂间形成一个有一定真空度的气室，气室的两边，一边递增，一边递减。递增的气室不断吸入空气，递减的气室则不断排出空气，因此主泵内的空气会通过真空泵不断被抽走，从而达到充水的目的。

2.1.2 选型设计

水环式真空泵是根据水泵及进水管所需要的抽气量选择的，可按下式近似计算：

式中：Q气——真空泵的抽气率，m3/min；

K——安全系数，考虑缝隙及填料函漏气，可取1.5左右；

K1——吸程变化系数；

T——抽气充水时间，s，《泵站设计规范》中规定“不宜超过5min”；

V——出水管检修阀至进水池最低水位之间管道和泵壳的空气总体积，m3。

根据计算结果选择合适的真空泵。

2.2 一级泵站真空泵选型设计

一级泵站安装两种水泵机组，以单台大泵抽气充水5min，来选择真空泵。经计算，大泵机组从出水管检修阀至进水池最低水位之间管道和泵壳的空气总体积为 9.3m3，利用式（1）计算得 Q气=3.4m3/min。参照各型号水环式真空泵工作性能表，选择本站适合的真空泵型号为SZ-2型。真空泵设2台，互为备用。

3 泵站供水系统设计

泵站的供水系统由技术供水、消防供水和生活供水三部分组成。本文仅讨论对机组运行必不可少的技术供水系统。

3.1 技术供水系统设计

3.1.1 技术供水水源

卧式安装离心泵站内的供水常以站用自备井或泵站进水池作为水源。以泵站进水池为水源时，要求水质较好，经简单沉淀过滤处理后便能满足技术供水水质要求，否则宜采用站用自备井作为水源。山西省地处北方，水流含沙量较大，进水池水质一般较差，故常采用站用自备井来作为技术供水水源。

3.1.2 技术供水对象及用水量

对于卧式安装离心泵机组的泵站，技术供水对象主要有两个：一是供给水泵填料函内水封、润滑和冷却用水，用水量由水泵厂家直接提供；二是供给水环真空泵的用水，用水量一般标注在工作性能表中。

对于安装立式机组的泵站技术供水对象除水泵的上、下导轴承外，还有电动机内推力轴承和上、下导轴承处冷却用水、空压机用水和充水设备用水。此类用水量一般较大，电动机内冷却器用水量和水泵上、下导轴承的用水量都有相应的理论计算公式。

3.1.3 技术供水方式

泵站的供水方式可分为直接供水和间接供水两大类。所谓直接供水方式，就是指供水泵直接向机组及辅助设备提供技术用水的方式，直接供水方式的特点是供水泵连续运行，节省了水塔或蓄水池建设的资金。为确保供水安全可靠，供水泵一般选取两台，互为备用。所谓间接供水方式，就是指供水泵向专设的水塔、蓄水池供水，再由其向机组供水。间接供水方式的特点是供水泵可间歇使用，供水安全可靠。

3.1.4 技术供水泵选择

技术供水泵多采用离心泵，此泵价格低廉，结构简单，运行可靠，维护方便，不需要充水。采用直接供水方式时，可按技术供水水量和水压来选择供水泵。采用间接供水方式时，应按照系统供水量的1.3～1.5倍来确定单泵流量，并由此流量和管道特性来确定扬程，进而选择供水泵。

3.2 一级泵站技术供水系统设计

一级泵站技术供水水源采用自备井，由井泵提水到厂房附近地下蓄水池，再由技术供水泵向各机组供水，井泵和技术供水泵都各设一台备用泵，这样既保证了技术供水的水量、水压，又提高了供水的可靠性，同时兼顾了厂区的美观性。

根据水泵制造厂家提供的主泵轴封用水和填料函用水，以及主泵的工、备运行情况，确定技术供水总量为10～12m3/h。由此可确定井泵流量为15m3/h，并参考地下水位确定井泵扬程130m；技术供水泵流量与技术供水总量相同，扬程为20～22m。此技术供水泵宜设变频，由设在技术供水总管上的压力变送器控制，以确保技术供水总管压力在0.2MPa。

《泵站设计规范》规定蓄水池容积应为全站2～4h的用水量，故设为50m3。

4 泵站排水系统设计

泵站排水系统包括机组技术排水、调相排水、机组检修排水、泵房渗漏排水和设备管件接合处渗漏排水。这些水除部分可自流排出泵房外，大部分都汇集到排水廊道或集水井中，并通过排水泵排至泵房外。泵站排水系统的任务就是及时、可靠地排除泵站在运行、调相及检修过程中的各种集水，以保证机组的正常运行，保证机组过水部分和泵房水下部分的检修，避免泵房内部积水和潮湿而使机组设备锈蚀。

4.1 排水系统设计

4.1.1 排水对象

对于安装卧式机组的泵房，其排水对象主要有：水泵填料函、轴封排水及水泵、管件接合处的渗漏水，泵房渗漏水，真空泵排水，机组检修排水等。

对于安装中、小型立式泵的湿室泵房，主要是排除进水室集水及闸门漏水。

对于安装大型立式机组的泵房，排水对象主要有：同步电动机推力轴承冷却循环水，水泵上导轴承处漏水，泵房渗漏水，水泵检修和机组调相运行时排除进水流道、泵室内积水以及检修闸门漏水等。这类排水流量大，排水时间短，一般排至集水井或集水廊道，再由排水泵排入进水池或出水池。

4.1.2 排水方式

安装卧式机组的泵房，排水量一般都较小，可沿泵房的地面上设置排水沟和集水井，在集水井边上或盖板上设置小型离心泵或自吸泵，用管道将水排出。

安装中、小型立式机组的湿室泵房，一般不设置固定的排水系统，而是预备潜水电泵和软管，检修时排出进水室内集水。

安装大型立式机组的泵房，一般均在集水廊道一端的水池顶板上预留出取水口，在其上边布置排水泵和管道，从集水廊道的集水井内吸水并排入进水池或出水池。

4.1.3 排水泵选择

对于安装卧式机组的泵站，泵房内各种渗漏水量一般都较小，机组的技术排水量可参照技术供水量确定。集水井有效容积按6～8h排水量设计，排水泵流量按15～20min排除集水井积水来确定。一般设置2台排水泵，互为备用。

对于安装大型立式机组的泵站，按照有无调相运行要求分为两类，有调相运行要求的泵站在山西省很少见，故此处不做赘述。无调相运行的泵站，一般设置检修水泵1台，其流量按4～6h排除单泵流道积水和上、下游闸门漏水量之和确定，设置渗漏排水泵2台，单泵流量按15～20min排除集水井积水来确定。

排水泵扬程可根据排水泵出口最高水位与集水井最低水位之差加上排水管道的水力损失来确定。

4.2 一级泵站排水系统设计

一级泵站的排水对象主要有：水泵填料函、轴封排水，设备管件接合处的渗漏水，泵房渗漏水，真空泵排水，机组检修排水。各类排水通过泵房底板上的排水沟汇入集水井，再由排水泵排至厂区的排水沟内。

排水泵采用自吸泵，布置在集水井旁边。排水量参照技术供水量，取10～12m3/h。集水井有效容积确定为65m3。参考排水泵出口高程与集水井最低水位之差，初步选定排水泵流量160m3/h，扬程25m，经复核计算，该参数满足要求。排水泵设2台，互为备用。

5 一级泵站水系统设备布置

一级泵站厂房分两层，上部为安装间层，下部为水泵层。水环真空泵、技术供水泵和排水泵都布置在安装间正下方的水泵层，集水井也设于此，技术供水蓄水池则设置在与此一墙之隔的室外地面以下。这样布置不仅设备集中，便于运行管理，同时节省管路、线路，减小损耗，达到节能的目的。

6 结语

合理的泵站水系统设计可以保证主机设备的安全可靠运行，延长主机的使用寿命，减小设备能耗。不仅为节能减排做出贡献，而且还具有可观的经济效益。