陕西省交口抽渭灌区张家排水站水泵机组选型浅析

刘锦锋，张晓锋

（陕西省交口抽渭灌溉管理局，陕西 渭南 714000）

1 泵站概况及存在问题

张家排水泵站位于渭南市大荔县张家乡李家村南，孝排干沟入渭处，渭河防洪大堤里程桩44+310、渭於10 断面上游，控制排水面积13.67 万亩。内设东、西两个分站，共安装6 台泵组，总装机功率885kW。泵站设计流量5.1 m3/s，设计净扬程8.044 m。东站 1982 年 9 月开工，1983 月 11 月建成。安装 3 台20sh-28 双吸离心泵，配套3 台JS117-6 型115 kW 电动机。装机功率345 kW，设计抽排流量1.80 m3/s。西站1988 年春季开工，1990 年7 月建成。安装3 台32Sa-19D 双吸离心泵，配套3台JS138-10 型180 kW 电动机。装机功率540 kW，设计抽排流量3.30 m3/s。

张家排水站经过三十余年运行，主泵泵体、导叶体、叶片多处均产生了不同程度的汽蚀，泵轴、轴瓦、轴套磨损严重，填料密封破坏，影响水泵正常运行；水泵效率与泵站效率降低，出水流量减少；机组振动剧烈、噪音大；电动机绕组绝缘老化，运行温升温度都超过规程规定。设备带病运行，若遇洪涝灾害，不能保证正常除险排涝。为使泵站达到设计要求，充分发挥其效益，急需对水泵进行更新改造。

2 泵站设计流量及扬程

2.1 泵站设计流量确定

根据交口抽渭灌区一、二期排水设计资料，排水标准按10 年一遇三日连续最大降雨100 mm 产生的地下径流进行设计，设计径流模数为0.055 m3/（s·km2），则设计流量Q=F×M=13.67×104×667×0.055/106=5.01 m3/s。F 为流域面积，km2；M 为径流模数，m3/（s·km2）。

2.2 拟采用高程

结合工程实际，拟定进水流道底面维持原高程不变即为334.903 m；进水池地板高程332.903 m；电机层地板高程338.753 m；机房外地面高程338.303 m。根据《陕西省渭河全线整治规划及实施方案》，渭河渭南段堤将加高加宽，为使穿堤管道敷设与将来的防洪堤改造设计参数相衔接，本次拟对张家排水泵站更新改造工程所在堤段进行加高加宽。依据规划及实施方案中该段防洪堤设计参数，站外堤顶高程为346.913 m（较原高程345.503 m 抬高1.41 m）。出水池底高程338.695 m（较原高程335.976 m 抬高2.719 m）；堤顶出水管中心高程344.43 m（较原高程343.947 m 抬高0.483 m）；出水池管中心高程339.795 m（较原高程337.176 m 抬高2.619 m）。

张家排水泵站所处渭河段50 年一遇设计洪水位为343.73 m。堤顶出水管中心高程344.43 m，初拟管径Dg1000 和Dg800，从而计算得堤顶出水管底高程为343.93 m 和344.03 m，分别高于50 年一遇洪水位0.2 m、0.3 m。

2.3 设计净扬程

①进水水位

按张排站前干沟设计断面计算得：当设计流量Q=5.01 m3/s时，对应水深为1.70 m；当最小流量Q=0.72 m3/s 时，对应水深为0.70 m。张排站进水流道底高程为334.903 m，则：设计下水位=进水流道底高程+ 设计流量对应水深- 过闸栅损失=334.903+1.70-0.20=336.403 m；最低下水位=进水流道底高程+最小流量对应水深- 过闸栅损失=334.903+0.70-0.20=335.403 m。

②出水水位

设计上水位取堤顶出水管管顶高程，即：700HLB-10(-2°)设计上水位 =344.43+0.50=344.93 m；600HLB-11(-4°)设计上水位=344.43+0.40=344.83 m。

③净扬程计算

700 HLB-10(- 2°)：Hmax净= 设计上水位 - 最低下水位=344.93-335.403=9.527 m；Hmin净= 设计上水位- 设计下水位 =344.93-336.403=8.527 m。

张家排水泵站原堤顶出水管底高程343.447 m，管径Dg1000，原设计上水位为管顶高程即343.447+1.0=344.447 m，原设计下水位为336.403 m，原设计净扬程=344.447-336.403=8.044 m，因此，本次计算所得设计净扬程8.527 m 比原设计净扬程高出0.483 m。

600 HLB-11(-4°)：Hmax净= 设计上水位 - 最低下水位 =344.83-335.403=9.427 m

Hmin净=设计上水位- 设计下水位=344.83-336.403=8.427 m

3 泵站水泵电动机组选型论证

3.1 参选方案

依据泵站设计流量及扬程，通过分析计算，提出三种可供比较的方案，分别为：方案Ⅰ（原泵型方案），即选用3 台20sh-28 及3 台32Sa-19D 卧式离心泵；方案Ⅱ，选用2 台900ZLB-50 及 2 台500ZLB-8.6 立式轴流泵；方案Ⅲ，选用 3 台700HLB-10(-2°)及 2 台 600HLB-11(-4°)立式混流泵。

3.2 方案比较论证

方案比较论证见表1。

表1 张排泵站水泵选型方案论证对比表

方案Ⅰ（原泵型方案），即选用 3 台 20sh-28 及 3 台32Sa-19D 卧式离心泵。该方案虽流量满足规范要求，但水泵效率为81%，偏低，能源单耗为4.39 kW·h/（kt·m），偏高，故此方案不合理。

方案Ⅱ，选用2 台900ZLB-50 及 2 台 500ZLB-8.6 立式轴流泵。该方案虽流量满足规范要求，但大小机组流量搭配不甚合理，运行不灵活，且水泵效率为80.9%，偏低，能源单耗为4.35 kW·h/（kt·m），偏高，故此方案不是最佳方案。

方案Ⅲ，选用 3 台 700HLB-10(-2°)及 2 台 600HLB-11(-4°)立式混流泵。该方案总流量5.21 m3/s，较所需流量5.01 m3/s 大3.99%，满足规范要求，大小机组搭配合理运行灵活，水泵效率为86%，较高，能源单耗为3.88 kW·h/（kt·m），较低，各项指标较理想。

交口灌区共建有任排、西排、张排、柳林四座排水泵站，装机29 台套，除张排站安装6 台卧式泵组外，其余3 座泵站均安装立式泵组。从立式泵组及卧式泵组数十年的运行管理情况来看，立式泵组启动不需排气充水，启动方便迅速，启动时间一般在10 s 以内，占地面积较小，要求泵房平面尺寸较小，管路短，水头损失小，动力机安装在上层，便于通风，有利于防潮、防洪；而卧式机组启动前需进行排气充水，启动时间较长，一般在5 min 以上，占地面积大，要求泵房有较大的平面尺寸，水泵吸水管路长、水头损失大，泵组安装位置较低，容易受潮、受淹，影响安全运行。由于灌区汛期降雨量较集中，产流量较大，要求水泵迅速启动投入运行及时将暴雨产生的田面积水排出，以减少作物淹水时间和淹水深度，保证作物正常生长，且泵站扬程较低（小于10 m），结合灌区实际及多年运行经验，立式泵组较卧式泵组更能适应排水泵站安全高效运行的需要。另外，采用立式机组有利于防汛期间与其他排水泵站之间备品备件互用。综上所述，方案Ⅲ明显优于其它各方案，故方案Ⅲ为推荐方案。

依据所选定的水泵轴功率、转数、电压等级等技术参数，按照《泵站设计规范》（GB/T 50265-2010）和《泵站改造工程设计大纲》，700HLB-10 (-2°) 混流泵配套 YL2-315M-8 型 185 kW电动机，600HLB-11(-4°)混流泵配套 YL2-315M-6 型 132 kW电动机。

3.3 水泵工作点确定

以下只列出方案Ⅲ即 3 台 700HLB-10 (-2°) 及 2 台600HLB-11(-4°)立式混流泵工作点的详细计算，其他方案的参数计算从略。

（1）装置阻力参数（计算过程略）

①700HLB-10 (-2°) 混流泵：S=0.91 s2/m5；②600HLB-11(-4°)混流泵：S=1.73 s2/m5。

（2）水泵运行工况计算

700 HLB-10(-2°)混流泵机组：①最大扬程时，确保淹没深度、不汽蚀、不过载及安全稳定运行。经计算当Hmax净=9.527 m时，Qmin=1.15 m3/s，h损=1.203 m，H设=10.73 m，N轴=144 kW,η泵=84%。②设计扬程时，确保电机不过载及安全可靠运行。经计算当 Hmin净=8.527 m 时，Qmax=1.23 m3/s，h损=1.377 m，H设=9.90 m，N轴=139 kW,η泵=86%。见图1、图2。

图1 700HLB-10(-2°)水泵性能曲线图

图2 700HLB-10（-2°）混流泵工作点确定图

600 HLB-11(-4°)混流泵机组：①最大扬程时，确保淹没深度、不汽蚀、不过载及安全稳定运行。经计算当Hmax净=9.427 m时，Qmin=0.72 m3/s，h损=0.897 m，H设=10.32 m，N轴=86 kW,η泵=85%。②设计扬程时，确保电机不过载及安全可靠运行。经计算当 Hmin净=8.427 m 时，Qmax=0.76 m3/s，h损=0.999 m，H设=9.43 m，N轴=83 kW,η泵=85%。见图3、图4。

图3 600HLB-11(-4°)混流泵特性曲线图

图4 600HLB-11（14°）混流泵工作点确定图

（3）所需流量与泵站流量校核

700 HLB-10 (-2°) 混流泵：1.23 m3/s×3=3.69 m3/s；600HLB-11(-4°)混流泵：0.76 m3/s×2=1.52 m3/s；泵站总流量为5.21 m3/s，与所需流量5.01 m3/s 略偏大，满足规范要求。

（4）在设计工况下，机组能源单耗和装置效率

700 HLB-10(-2°)混流泵：η装=69.2%，e=3.94 kW·h/（kt·m）；600HLB-11(-4°)混流泵：η装=70.3%，e=3.88 kW·h/（kt·m）。

4 结语

2013 年，张家排水泵站更新改造工程完成，经过这几年运行，水泵装置效率明显提高，能源单耗明显下降，从平均6.13 kW·h/（kt·m）下降到3.88 kW·h/（kt·m），平均每年节约电能32 万kW·h，年节省电费22 万元。泵站工程实施以来，逐年抽排地下水，改善当地盐渍土地质量，对提高粮食生产能力做出巨大贡献，经济效益显著。