松溪供水工程库区取水泵站水泵选型解析

2012-10-20田帅

山西水利 2012年9期

田帅

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

松溪供水工程包括水源工程和输水工程两部分，水源工程口上水库位于晋中市昔阳县东冶头镇口上村附近松溪河下游河道上，坝址距昔阳县城35 km。根据昔阳县国民经济发展目标，松溪供水工程的建设任务是以农村人畜饮水、农业灌溉为主，兼顾工业和城镇生活用水，供水范围为昔阳县城、界都乡、赵壁乡以及东冶头镇。口上水库是一座以人畜饮水、农业灌溉为主，兼顾工业和城市生活用水的小（一）型水利枢纽工程。水库总库容495万m3，总供水量840万m3。输水工程从口上水库库区取水，经东冶头、界都至昔阳县城，供水线路全长29.2 km，设库区取水泵站、界都加压泵站。

库区取水泵站布置在大坝上游库区左岸，距大坝约100 m，厂区地坪高程649.30 m。泵站设计引水流量0.57 m3/s，设计扬程为186 m。泵站为水中固定式取水泵站，选用4台长轴深井泵机组，总装机1 800 kW，单泵流量0.143 m3/s，单机容量450 kW，水泵安装高程为620.00 m。

2 水泵选型原则

水泵选型主要涉及工作介质、工作介质特性、扬程、流量、环境温度等，合适的水泵不但工作平稳，寿命长，且能为用户最大程度地节省成本。根据泵站扬程变化的规律，从国内外已经运行的或者可能生产运行的水泵中，选择技术成熟、性能先进、高效节能、经济合理的水泵。通常选型应该遵循的原则是：充分满足供水保证率下各种流量和扬程；选用优质的水力模型，性能良好且对于泵站流量和扬程变化具有较强适应性、保证性；所选水泵在长期的运行中有最高的平均装置效率，最少的运行费用；在最低和最高扬程下，水泵仍能在稳定区间内运行，不发生明显汽蚀，电机不超载，机组不产生振动。

此外，还应该结合当地的实际情况与能源资源，利用当地有利条件，尽量选择水轮泵等提水机具。同时，应遴选多个不同的方案进行比选和技术经济论证，并且以多年平均的情况下泵站年支出最少的方案作为最优方案。

3 水泵选型

3.1 原始资料

口上水库库区取水泵站进水池设计水位为622.70～646.53 m；出水池设计水位为799.00 m；由此可计算出泵站地形扬程为176.30～152.57 m；设计流量为0.57 m3/s；出水总管为直径800 mm的球墨铸铁管，总长2 130 m。

3.2 水泵单机流量及台数选择

由于库区取水泵站设计流量中包括工业、居民生活供水流量（0.26 m3/s）和农业灌溉流量（0.31 m3/s），为了运行灵活，同时满足各种流量组合运行工况，库区取水泵站选用4台泵配合运行，考虑到农业灌溉供水只是在一年中的几个特殊时段，所以农业供水泵可作为工业供水泵的备用，不另外设置备用水泵。库区取水泵站选择4台机组，单泵流量0.143 m3/s，平时工业供水工况下2台机组运行，灌溉期工况下4台机组全部投入运行。

3.3 泵型选择

根据泵站设计特征参数及可行性研究报告确定的两级提水方案，结合调度方式和取水条件，参考国内已运行泵站的经验，经过技术经济比较，确定泵型技术与应用·2012年第9期采用已有运行经验的定型的泵型。

水库库区取水泵站采用固定式取水泵站，考虑对卧式离心泵与长轴深井泵两种泵型进行比选。

卧式离心泵：其优点是卧式泵安装精度比立式泵要求低，便于检修，而且造价低。缺点是一般启动前要求排气充水，机组占地面积大，要求泵房有较大的平面尺寸。该泵比较适用于水位变幅较小的场合。库区取水泵站取水水位最大变幅为24 m，如果选用相同泵型的水泵，为了满足供水需求，水泵安装高程会很低，厂房底板低于厂区地坪高程30余m。此外，采用这种泵型会涉及到土建工程开挖量大，厂房的防洪、机电设备的防潮、厂房底部的通风、厂房技术排水、水泵运行前的抽真空等诸多问题。同时还要考虑人员走道与安装检修设备的放置，扩大了厂房的平面尺寸，大大增加了施工难度与日常运行管理的复杂性，造成较大的安全隐患。如果选用不同的泵型，在保证供水的前提下，厂房会扩大数倍，这在库区取水泵站中是不现实的，而且其控制系统也会复杂很多，给正常运行留下隐患。

长轴深井泵：该泵属于立式泵，其优点是立式泵叶轮淹没于水下，启动方便，操作简单。电机居于上方，有利于防洪和通风。机组占地面积小，要求泵房的平面尺寸要小。但是其缺点也比较明显，安装、维修、管理较复杂，需要专业的技术人员；泵房高度较大，机组价格较高；适用于水位变幅较大的场合。

经过技术经济比较，考虑选用长轴深井泵机组，以减少土建工程开挖量。将水泵机组布置在进水池上部，又减少了厂房占地面积。这样的布置减少了通风、排水、抽真空、厂房走道等的投资，同时消除了运行中工作人员的安全隐患，保证了泵站的正常运行可靠率。初选库区取水泵站水泵型号450RJC500-30×6的长轴深井泵4台，设计扬程均为186 m，设计流量为0.143 m3/s，额定转速为1 475 r/min。RJC选用先进的水力模型和结构设计，叶片流道部位环氧涂复等多种新工艺。水泵效率高，效率曲线平缓，高效区域宽广，工作范围增加10%～20%，水泵运行平稳，噪音小。武乡电厂供水中使用的就是这种泵型，运行状态良好。

考虑到长轴深井泵叶轮及轴承长期浸泡在水中，运行中泥沙对水泵轴承的磨损，长轴深井泵采取轴承外注清水润滑的保护措施，以提高轴承使用寿命，降低运行成本。

3.4 水泵工作点的确定

根据泵站的流量和出水压力管道长度、直径，计算水泵工作点。

库区取水泵站机组出水钢管直径为300 mm；厂外出水总管直径为800 mm，管长2 130 m。

在计算确定工况点时，采用图解法，利用水泵特性曲线和泵站管路特性曲线交点求得水泵运行工作点流量、扬程、效率、轴功率，计算结果见表1。

表1 水泵运行工作点计算结果表

结果表明，此次选型能满足泵站多种运行工况需要，保证供水要求。根据水泵轴功率，配套电动机容量450 kW，额定电压10 000 V，额定转速1 480 r/min。

此外需要说明一点，库区取水泵站取水位由库区水位限定 622.70～646.53 m，地形扬程为 152.57～176.30 m，工作扬程159～186 m。库区取水泵站取水扬程最大变幅27 m，由于泵站的水泵由六级叶轮组成，分担到每级的话，尚在水泵的允许范围之内，流量变幅在0.143～0.195 m3/s。由于取水泵站到界都泵站间有事故调节水池，具有一定的调节能力，所以取水泵站不增设变频调速装置，利用水泵自身的调节功能来保证正常供水，多余的水量进入调节池。