灵山新建电排站泵站设备选型及结构设计分析

2021-04-12王圆圆

陕西水利 2021年2期

王圆圆

(东莞市水利勘测设计院有限公司，广东东莞 523115)

1 工程概况

铜盂镇现有东山排洪渠，自东北向西南流向，流经新桥村汇入官田溪，主要承担新桥村、溪边村、河陇村及深坽村这四个村的排涝任务，集雨面积约4.19 km2，东山排洪渠出口建有排涝涵闸。由于该区域地势较低，洪水期，外河官田溪水位高于新桥村东山排洪渠水位，为了防止外河官田溪倒灌进东山排洪渠，新建灵山电排站，洪水期关闭排洪渠路下闸，同时启动灵山新建电排站将该区域的涝水抽排入官田溪，经官田溪入北港河，因此，新建灵山电排站与东山排洪渠排涝闸共同承担排除灵山涝区涝水。灵山电排站新建工程位于铜盂镇官田溪与新桥村东山排洪渠交接处，工程排涝面积4.19 km2，设计排涝流量6.82 m3/s，总装机容量520 kW，装机2台，属于Ⅳ等小(1)型电排站。

灵山电排站特征水位及主要参数：综合排涝模数为1.493 m3/(s·km2)，排涝流量为6.26 m3/s；设计防洪水位5.34 m；设计洪水位4.87 m。最高运行水位5.11 m；水泵最低扬程1.31 m；水泵设计扬程4.68 m；水泵最高扬程5.55 m。

2 设计标准

根据《治涝标准》《广东省防洪(潮)标准和治涝标准》和《练江流域综合整治规划(水利部分)》，在《练江流域综合整治规划(水利部分)》中已经明确其治涝标准为“练江流域重点城镇涝区按10 a一遇24 h设计暴雨1 d排干，以农田为主涝区按10 a一遇24 h设计暴雨3 d排干”。由于灵山涝区城镇及菜地、水田面积分别占46.5%与53.5%，基本上为各占一半，因此按照加权平均法，确定灵山涝区排涝历时为2 d是合适的。

本次铜盂镇灵山新建电排站工程排涝设计标准采用10 a一遇最大24 h暴雨所产生的径流量2 d排干设计。

3 泵组设备选择

根据泵轴的布置情况，轴流泵的结构形式有立式轴流泵、贯流泵及潜水泵。由于立式轴流泵具有安全可靠、技术成熟、进出水流态好、经济运行等优点，因此本文采用立式轴流泵方案。

3.1 机组台数、参数的选定

(1)水泵选型比较

机组台数选择考虑因素[1]：①投资方面，当泵站流量相同，机组台数越少，则机电设备少，泵房面积小，泵站土建投资和机电投资都会减少，但单泵容量过大，水泵的汽蚀性能降低，泵站的开挖深度增大，以致加大工程及施工难度。②运行管理，主水泵台数少，单机容量大，机电设备的效率高，维修管理较方便，所需的运行管理人员少，维修费用较低。③泵站工作任务的保证性和适应性，当水泵机组台数越多，可以适应不同时期的不同排水要求，即使运行中个别机组发生故障，对排水的影响也越小。

结合本工程的实际，根据特征扬程及流量，经初步比选后，推荐900ZLB-85和1200ZLB-125两种泵型进行方案比较，水泵台数选用4台、2台，水泵选型方案比较见表1。由于该工程泵站为排涝泵站，年利用小时数很低，所以不考虑备用机组。

根据表1中方案对比，结合电排站实际情况及规模，方案一泵组台数较多，维护工作量大且土建、设备费用较高、机组运行较不经济，土建占用征地面积大难以实施，因此本工程推荐采用方案二，即装机台数为2台，型号为1200ZLB-125。

表1 水泵选型方案比较表

(2)电机容量的选择

电动机的容量按水泵运行可能出现的最大轴功率选配，并留有一定的储备，储备系数选取1.05。泵站水泵型式为半调节式轴流泵，经计算比较，最大扬程工况下的轴功率为最大轴功率，配套电动机的功率计算如下。

根据1200ZLB-125型轴流泵工作性能曲线，得出校核工作点参数Hmax=5.22 m，Q=3.24 m3/s，η=82.7%。

按照电动机标准容量系列选取，本站单台水泵配套电机功率为260 kW。

(3)泵组型号及参数

根据上述水泵选型及台数比较，选择本排涝站水泵机组型号及其主要参数见表1。

(4)进水流道型式选择

根据《泵站设计规范》有关规定：“泵站进出水流道型式应结合水泵型号、泵房布置、泵站扬程、进出水池水位、查和断流方式等因素，经技术投资综合比较确定。”目前因开敞式流道应用较普遍，泵组及水工结构简单，安装方便，运行可靠，开挖深度小，投资较省，故泵站进水采用开敞式流道的型式。

(5)装置效率计算

1)计算参数

设计净扬程3.67 m；设计最高净扬程4.21 m；单泵设计流量3.41 m3/s。

2)管路效率计算

设计总扬程4.68 m，则水泵管路效率。

3)水泵效率

根据水泵扬程、流量查1200ZLB-125(-2°)水泵工作性能曲线可知：

①在设计扬程下1200ZLB-125(-2°)的排涝水泵效率为83.9%，流量为3.41 m3/s，能满足设计要求，并使水泵在高效率区工作。

②在最高扬程下1200ZLB-125(-2°)的排涝水泵效率为82.3%，流量为3.24 m3/s，能满足设计要求，并能安全运行。

4)泵站装置效率计算

ηst=η泵η电机η传动η池η流道=0.839×0.93×1×1×0.784=61.2%，接近规范要求。

(6)水泵安装高程

水泵的安装高程既要满足水泵汽蚀性能要求又要满足水泵进水管淹没深度要求。经初步计算并结合厂家提供的泵组资料要求后，确定本工程泵站水泵安装高程均为0.7 m。

(7)水利过度过程分析

本工程采用立式轴流泵，由于为一机一管至出水布置，泵站机组出水管线较短，泵站扬程较低，水泵在各种运行工况下，水力过渡平缓，而且在出口均装设有断流设备，正常停机及事故停机的水锤及泵组速率上升均可满足规范要求。

(8)配套电动机的选型

配套电动机的功率根据水泵最大轴功率计算，并取1.1的储备系数。最大扬程工况水泵轴功率为226.5 kW，参照现行的电机产品系列，选用额定功率为260 kW的JSL-14-12型立式电动机作为水泵的配套电动机。所选电机可以满足各种工况正常工作的需要。本次选用方案的泵型配套电动机型号及参数见表2。

表2 配套电动机参数表

3.2 辅助设备

本站辅助设备包括技术供水系统、检修排水系统、渗漏排水系统[2]。

(1)技术供水系统对象包括：电动机轴承冷却润滑用水、水泵推力径向组合轴承冷却润滑用水、水泵导轴承润滑用水。技术供水设置一用一备两路水源，主用水源由供水泵从泵站循环水池抽取，备用水源由市政供水管网引入。两路水源共同接入技术供水干管。

主用水源选用两台离心式管道泵，一用一备。技术供水泵主要技术参数如下：型号L65/170-5.5/2，设计流量Q=15.2 m3/h，设计扬程H=30 m，配套电机功率N=5.5 kW。备用水源市政供水引入管直径不小于DN80。

(2)本泵站检修排水对象为泵组检修时，检修门关闭后进水流道内积水。检修排水系统由两台离心泵及相应的阀门管件等组成，其中检修排水泵选用两台L100/200-3/4型离心泵(Q=50 m3/h，H=12.5 m，P=3 kW)，两台检修泵互为备用。

(3)本泵站渗漏排水对象为集水井内积水。渗漏排水系统由两台潜水排污泵及相应的阀门管件等组成；其中渗漏排水泵选用两台50WQ/C242-1.5型潜水排污泵(Q=17.5 m3/h，H=14 m，P=1.5 kW)，两台渗漏排水泵采用耦合式安装且互为备用。

4 泵站设计

根据选定的站址、水泵型式、装机台数和建筑物相对位置关系，同时结合官田溪堤防及周边道路关系，拟定新建主厂房轴线近似平行堤轴线，备用电源室位于在主厂房左侧，主厂房现通过新建道路与堤后道路相通。

电排站为堤后式布置，湿式型泵房，主厂房平面布置主机间和安装间两部分，电排站采用立式轴流泵，主机组为单列式布置，主厂房总长为14.90 m，总宽为9.8 m，总高为17.10 m，主厂房上部总建筑面积为119.20 m2。主厂房下部进水流道由边墩和顶板组成，进水流道净宽3.90 m，中间隔墩厚0.80 m，边墩厚0.8 m，机组间距为4.70 m厂房下基础侧墙采用0.5 m，机组中心线布置在厂房中心线下游1.5 m处，机组中心线距厂房后墙净空距离为2.26 m。

进水建筑物由引水渠、前池段(水平段、陡坡段)组成，主厂房位于东山排洪渠下游，水流可平顺的流进泵室。引水渠工程对东山排洪渠20 m范围内的渠道进行清淤，加固渠道两侧堤岸工程措施。渠底清淤高程为-1.00 m，局部超深处不做处理，两岸挡土墙采用C20砼重力式挡土墙，墙顶高程为0.5 m，墙底高程为-1.30 m，墙高1.80 m。墙身结构，墙顶宽为0.5 m，迎水面直立，背水坡坡比1∶0.3，基础前后趾长0.20 m，基础下设0.15 m厚碎石垫层，其下采用2 m宽、1 m厚的块石挤淤。挡土墙分缝为10 m，中间填充沥青杉木板。挡土墙背后填土，坡面坡比1∶2，坡面采用生态砼孔砖护面。

进水前池长7.50 m，宽8.60 m，进口底高程-1.00 m，出口底高程-2.10 m，坡比1∶6，进口设拦沙坎，顶高程-0.60 m。进水前池结构设计采用C30钢筋混凝土结构，垫层采用碎石砂垫层厚0.15 m，其下为1 m厚块石挤淤。

水泵出口布置出水管、拍门、及出水池及消能设施等。水泵DN1200出水管内接泵房外伸缩节，外通出水池和玻璃钢拍门。出水池宽7.9 m，长4.0 m，高2.60 m。出水池结构设计采用C30钢筋混凝土结构，垫层采用C15砼垫层厚0.1 m。