抽水站水泵选型及方案探析

2019-04-23张锐

陕西水利 2019年3期

张锐

（陕西省榆林市榆阳区红石峡供水站，陕西榆林 719000）

1 概况

引水工程计划在榆溪河下游19.36 km 范围内修建22 眼水源井抽取地下水，经集水管道汇集至一级泵站前池。根据本工程输水线路的比选结论，推荐输水线路沿线共布置四级加压泵站，分别为一级泵站、二级泵站、三级泵站和四级泵站。项目设计供水流量为6.8 m3/s，年设计供水总量为9056 万m3。

2 水泵特征及方案分析

2.1 输水泵站特征参数

工程分为两期，一期工程与二期工程的设计扬程基本一致，泵站的基本特征值及参数见表3。一期工程一～四级泵站的设计输水能力为2.4 m3/s。二期工程的水源地设计流量为4.5 m3/s，加大流量为5.7 m3/s。首先是一期由渗流井经干管集水，二期由地表水泵站取水，通过一级泵站加压后经4.23 km输水至二级站前池；然后由二级泵站加压，经25.55 km 输水至三级泵站前池，再通过三级泵站加压，经14.91 km 压力管道段输水至四级泵站前池；最后由四级泵站加压，经7.53 km 压力管道段输水至供水池。

2.2 水泵机型方案

水泵选型应遵循满足、设计流量、设备先进、安全可靠、节能稳定、安装检修方便等原则。本工程拟布置四座加压泵站提水，结合拟建泵站机组的扬程范围、流量范围及工程布置特点，根据收集的水泵资料和生产厂家推荐的水泵方案，可选水泵结构型式有单级双吸中开式离心泵、卧式双吸离心泵和立式单吸单级离心泵3 种。

（1）单级双吸中开式离心泵适应大流量，较高扬程的泵站。其水泵效率比同类型泵高2%～3%，运行成本低。泵体结构简单、重量轻，便于布置、机组检修、拆卸方便，运行平稳，噪音低，使用寿命长，泵体部分可根据使用条件的变化选用立式或卧式安装。

（2）卧式双吸离心泵适应较大流量，高扬程泵站。机组可卧式安装，泵房为单层结构，土建工程量较小，运行平稳，噪音低，使用寿命长，机组检修、拆卸方便，模型优秀性能好，结构新颖又可靠，维护方便。

（3）立式单级单吸离心泵适应大流量，较高扬程的泵站。机组立式安装，泵房为多层结构，土建工程量大，机组检修、拆卸难度大。

根据水泵的结构型式，结合有关的相近工程实例、泵站总体布置特点，以及设计流量、扬程范围参数，综合比较机型优缺点，选择如下：

（1）汽蚀性能：对于水泵的必须汽蚀余量，卧式泵一般小于立式泵。卧式水泵安装高程较高，土方开挖量稍小，但卧式泵水平面积大，同等的台数布置情况下厂房纵向长度偏大。

（2）总体布置及运行管理：立式泵对进水池水位变化适应性强，一般要做多层厂房，高度略大，检修一般要先拆卸电机，工作量稍大。卧式水泵采用水平中开式，检修维护方便。该工程一期的水源为漫滩孔隙水及岩溶裂隙水，水质良好，泥沙含量极小，综合分析各种泵型水力性能、机组造价、工程投资及运行检修等因素，工程一期的水泵结构型式初选单级双吸中开式离心泵和卧式双吸离心泵。工程二期水源为地表水，考虑水泵叶轮防磨蚀性能、安全和稳定运行特性，二期水泵结构型式初选卧式双吸离心泵和轴向中开蜗壳式离心泵。

3 机组方案分析

根据工程总体布置、输水线路及泵站分级比选结论，本工程一、二期均布置四级加压泵站，且一、二期一～四级泵站的设计流量均相同。根据输水流量规模，参照同类型工程经验并结合管理运行便利因素，泵站一期水泵适宜台数为3 台～5 台，二期水泵适宜台数为4 台～6 台。为适应梯级加压站间流量搭配及运行管理，一至四级泵站的水泵台数均应相同。考虑到工程的重要性，应备有一定数量的备用水泵。

3.1 机组台数方案

由于本工程泵站单机流量大、扬程高，机组备选型号少，根据对目前国内外市场的调研情况，一期以二级泵站为例，初拟以下三种机组台数组合方案进行比较：方案A：二级站选用4 台RDLO400-935A 型离心泵，水泵在主厂房内呈一列式布置，泵后出水按4 台水泵（3 台运行，1台备用）并联，再合并成一根总管布置，采用单管输水至二级泵站出水池。

方案B：二级站选用3 台DFSS800-9/6 卧式双吸离心泵，

水泵在主厂房内呈一列式布置，泵后出水按3 台水泵（2 台运行，1 台备用）并联，再合并成一根总管布置，采用单管输水至二级泵站出水池。

方案C：二级站选用5 台DFSS500-9/4 卧式双吸离心泵，水泵在主厂房内呈一列式布置，泵后出水按5 台水泵（3 台运行，2 台备用）并联，再合并成一根总管布置，采用单管输水至二级泵站出水池。机组选型方案见表1。

表1 机组选型表

二期工程以三级泵站为例，拟以下三种机组台数组合方案进行比较：

方案A：三级泵站选用6 台DFSS800-8N/6 型离心泵，主厂房内水泵机组呈一列式布置，泵后出水按6 台水泵（4 台运行，2 台备用）并联，再合并成一根总管布置，由球墨铸铁总管输水至四级泵站。

方案B：三级泵站选用3 台DFSS800-9/6B 型离心泵，主厂房内水泵机组呈一列式布置，泵后出水按4 台水泵（3 台运行，1 台备用）并联，再合并成一根总管布置，由球墨铸铁总管输水至四级泵站。

方案 C：三级泵站选用 4 台 DFSS800-9/6B 和 1 台DFSS800-8N/6 型离心泵，主厂房内水泵机组呈一列式布置，泵后出水按5 台水泵（3 台运行，2 台备用）并联，再合并成一根总管布置，由球墨铸铁总管输水至四级泵站。机组选型方案见表2。

3.2 机组台数方案比较

由于二级泵站选址厂区坡度较大，地形狭小，开挖整平后可供建设面积较小，且蓄水池的调蓄能力能满足12 天～20 天的供水需求，所以无需备用两台泵，方案A 较方案C 更为合理。方案B 与方案A 比较，方案B 正常运行情况下水泵机组总功率为5600 kW，方案A 正常运行情况下水泵机组总功率为4800 kW，方案B 总功率大于方案A，后期运行费用较高，且方案B 水泵效率也低于方案A，能耗较高。综合比较，方案A 更为合理，即选择4 台RDLO400-935A 型离心泵作为泵站一期工程使用，6 台RDLO500-1035A 型离心泵作为泵站二期工程使用（当流量为4.5 m3/s 时4 台泵运行，当流量为5.7 m3/s 时5 台泵运行）。

二期工程设计流量4.5 m3/s，加大流量5.7 m3/s。水泵台数根据设计流量计算确定，正常运行泵站流量为设计流量，特殊情况采取加大流量时，则方案A 为五用一备，方案B 为全部运行无备用，方案C 为三大泵一小泵运行，一大泵备用。方案B 运行过程中无备用水泵，供水保证率较低，因此本设计不推荐方案B。方案C 与方案A 比较，方案C 正常运行情况下泵组总功率为6720 kW，方案A 正常运行情况下泵组总功率为6400 kW，方案C 总功率大于方案A，后期运行费用较高，且方案C 初期投资高，泵站效率也低于方案A，能耗较高。综合比较，方案A更为合理，即选择6 台DFSS800-8N/6 型离心泵作为三级泵站二期使用。

3.3 机组运行方式

水源地22 台深井泵抽水流量通过水泵上阀门控制；四级输水泵站每天连续运行22 个小时，一期各级泵站设计输水流量均为2.4 m3/s，二期各级泵站设计输水流量均为4.5 m3/s，加大输水流量均为5.7 m3/s，二期泵站与一期运行状况相似。为了提高供水灵活性，根据来水尽可能满足不同台数机组运行要求，输水泵站每级拟安装2 台变频调速装置。

3.4 机组方案选型成果

（1）地表水泵站：选用4 台DFSS900-24/8B 型单级双吸中开蜗壳式离心泵（3 台运行1 台备用），配套4 台YKK450-4 型710 kW 同步电机，泵站总装机功率为2840 kW。

（2）一级泵站：一期选用 4 台 SLOW400-600（I）型单级双吸中开蜗壳式离心泵（3 台运行 1 台备用），配套 4 台YKK560-4 型1250 kW 同步电机，泵站总装机功率5000 kW。二期选用6 台RDLO500-860A 型轴向中开蜗壳式离心泵（4 台运行2 台备用），配套6 台YKK710-6 型1800 kW 同步电机，泵站总装机功率为10800 kW。

（3）二级泵站：一期选用4 台RDLO400-935A 型离心泵（3台运行，1 台备用），配套4 台YKK630-6 型1600 kW 同步电机，泵站总装机功率为6400 kW。二期选用6 台RDLO500-1035A型轴向中开蜗壳式离心泵（4 台运行2 台备用），配套6 台YKK710-6 型 2000 kW 同步电机，泵站总装机功率为12000 kW。

（4）三级站：一期选用4 台DFSS600-6N/6A 型卧式双吸离心泵（3 台运行 1 台备用），配套 4 台 YKK560-6 型 1120 kW 同步电机，泵站总装机功率为4480 kW。二期选用6 台DFSS800-8N/6型卧式双吸离心泵（4 台运行2 台备用），配套6 台YKK630-4 型1600 kW 同步电机，泵站总装机功率为9600 kW。

（5）四级站：选用4 台DFSS600-6/6B 型卧式双吸离心泵（3台运行1 台备用），配套4 台YKK560-6 型1120 kW 同步电机，泵站总装机功率为4480 kW。二期选用6 台DFSS800-8N/6型卧式双吸离心泵（4 台运行2 台备用），配套6 台YKK630-4型1600 kW 同步电机，泵站总装机功率为9600 kW。

各泵站选型参数见表3。