凤翔区东风灌区一级站水泵机组选型方案比选分析

严 莉，钟海强

（凤翔区东风水库灌溉管理处，陕西 宝鸡 721400）

1 东风一级泵站概况

凤翔区东风水库是一座以灌溉为主的中型水库，1969年兴建，1972年受益。枢纽工程由东风水库和东风抽水站组成，东风水库灌区一级泵站位于凤翔县彪角镇三岔村西北方向，以东风水库为灌溉水源的临库式泵站，泵站建于20 世纪70年代，至今已运行50年左右。受当时技术、经济、社会条件的限制，建设标准低，施工质量差，自泵站投入运行以来，由于维修资金匮乏，工程设施、机电设备维修管护不到位，各泵站建筑物和机电设备、金属结构均存在不同程度的安全隐患，导致灌溉效率逐年下降，从而影响整个泵站的经济运行和安全生产工作。根据灌区改造项目总体安排及资金计划，急需对东风水库一级泵站进行更新改造，本次重点对机电设备进行更新改造。

东风抽水灌区设计灌溉面积3.32 万亩，东风一级泵站灌溉面积1.37 万亩，水泵机组三台，生产日期1969年，总装机660 kW，扬程25.7 m，设计总流量1.91 m3/s，其中一台小泵流量为0.3 m3/s，型号为14sh-19A，配套电机为JO2-93A，另外两台型号为24sh-19A，单泵流量为0.805 m3/s，配套电机为Y400-43-6。

主厂房箱型干式泵房，建筑面积234 m2，电气副厂房为砖混结构，建筑面积9 m2；生产管理房11 间，为砖混结构，建筑面积198 m2。压力管道为单泵单管道输水，管径600 mm，共布置压力管道3 条，单根总长89m，钢管段总长37 m，预应力承插式钢筋砼管段长52 m，布置镇墩5 座；出水池为矩形浆砌石结构，池深3 m，长8 m，宽6 m，采用拍门断流。泵站设进水闸房1 座，安装进水闸阀2 台，厂房内安装单梁桥式起重机1 台，起吊吨位5吨。排水泵1 台，功率1.2 kW。

泵站供电由纸坊变电所引出10 kV 线路，长10 km。在泵站主厂房左侧设10kV 变电站，安装1 台S7-1000 kVA/10 变压器，1 台S7-180kVA/10 变压器，站用变压器容量30 kVA。

2 东风一级泵站机电设备存在问题

根据凤翔县东风水库灌区泵站《现状调查分析报告》《现场安全检测报告》《工程复核计算分析报告》《安全鉴定报告书》，一级泵站机电设备存在问题如下。

（1）主水泵

现场查阅泵站运行资料，结合泵站检修记录及现状调查报告，主水泵运行时间长，长年处于阴暗潮湿的环境中，运行时振动、噪声大，且1#水泵联轴器破损严重。

泵体：水泵外壳油漆部分脱落。过流部件：主水泵叶片、泵壳等过流部件汽蚀、磨损严重，水泵叶片平均磨蚀深度2.2 mm，泵壳平均磨蚀深度2.4 mm。轴承、填料函：因运行时间长，轴承磨损、轴承及填料压盖处锈蚀严重、漏油严重，运行时轴温偏高，并多次更换轴承；水泵轴磨损严重，导致填料函密封不良、漏水严重，水力损失增大，影响水泵机组安全运行。

主水泵运行时间长达40 多年，长年处于阴暗潮湿的环境中，外壳油漆部分脱落，轴承及填料压盖处锈蚀严重、漏油严重，过流部件汽蚀严重，水力损失、机械损失增大，导致出流偏小，部分配件经多次更换，运行中仍存在振动、噪声大，轴温偏高，水泵整体技术状态差，存在严重的安全隐患，不能满足泵站安全运行要求。

（2）主电动机

现场查阅泵站运行资料，结合泵站检修记录及现状调查报告，主电动机运行时间长，且长期处于阴暗潮湿的坏境中，绕组绝缘老化严重，运行中振动、噪声大，轴承温度偏高。

主电动机外观基本完好，定子线圈端部绑扎及定子铁心槽楔有松动现象。绝缘电阻：根据规范要求抽样检测1#电动机，绝缘电阻符合《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-1996）5.4.1条中要求。直流电阻：根据规范要求抽样检测1#电动机，定子绕组直流电阻不符合《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-1996）5.4.1 条中要求。

主电动机运行时间长达30年，且长期处于阴暗潮湿的环境中，绕组绝缘老化严重，安全性能差，部分配件经多次更换，运行中仍存在振动、噪声大，轴承温度偏高，电气性能检测部分参数不符合规程要求，电动机整体技术状态差，存在影响安全运行的重大缺陷和事故隐患，不能满足泵站安全运行要求。

为此，凤翔区东风水库灌溉管理处、陕西省泵（电）站检测调试中心、陕西省水利电力勘测设计研究院对东风水库灌区泵站进行现状调查分析、现场安全检测、工程复核计算分析。2017年3 月，宝鸡市水利局主持召开了安全鉴定评审会，结论为：泵站建筑物评定为四类、泵站机电设备评定为四类、泵站金属结构评定为四类，泵站综合评定为四类；建议尽早纳入中型泵站更新改造项目。本文仅对东风一级泵站更新改造项目中水泵机组选型方案进行比选分析。

3 水泵设计参数的确定

（1）输水设计流量

依据灌区设计规模，泵站设计流量采用原泵站设计流量，设计总流量为1.91 m3/s。

（2）泵站净扬程H

东风水库设计总库容1550 万m3，兴利库容845 万m3，死库容155 万m3。校核洪水位为751.1 m，正常蓄水位高程为749.4 m，死水位高程为740.3 m，水泵选型设计水位取兴利库容与死库容间的加权平均高程。

表1 东风水库水位-库容曲线表

依据东风水库水位-库容曲线表及测量图，水泵选型扬程选择如下：

H设计=630339/845=745.96 m；H最低取741.6 m（依据现状地形高程取值）；H最高取749.4 m（正常蓄水位）。

扬程H=管道出口水面高程－管道进口最低水面高程

设计水位高程=762.9 m-747.99 m=14.91 m

最高水位高程=762.9 m-749.4 m（溢洪道顶高程）=13.5 m

最低水位高程=762.9 m-740.3 m（死水位高程）=22.6 m

表2 东风灌区一级泵站更新改造前后设计水位及扬程表

4 水泵机组选型方案初拟

东风水库一级泵站设计灌溉面积3.32 万亩，本级灌溉面积1.37 万亩，原机组总装机功率660 kw，扬程25.7 m，设计总流量1.91 m3/s，其中一台小泵流量为0.3 m3/s，型号为14 sh-19A，配套电机为JO2-93A，另外两台型号为24 sh-19A，单泵流量为0.805 m3/s，配套电机为Y400-43-6。

考虑不同灌溉时节需要的灌溉流量不同，水泵选型初拟两种不同方案，方案一采用三台同型号水泵进行灌溉；设计方案二采用两台大流量，一台小流量，两大一小三台水泵进行灌溉。由于水泵出水管长度不足100 m，两方案均采用单机单管的运行方式。

方案一：三台同型号水泵机组运行方案

根据设计流量及设计扬程的要求，设计方案一选用三台S600-24N/6A型单级双吸卧式离心泵，水泵性能参数见表3。

表3 S600-24N/6A 水泵性能参数

方案二：两大一小不同型号水泵机组运行方案

根据设计流量及设计扬程的要求，设计方案二选用2 台S600-24N/6型和1 台S400-21/4C型单级双吸卧式离心泵，水泵性能参数见表4～表5。

表4 S600-24N/6(大泵)水泵性能参数

表5 S400-21/4C(小泵)水泵性能参数

5 水泵机组选型方案比选

考虑不同灌溉时节需要的灌溉流量不同，设计方案一采用三台同型号水泵进行灌溉，设计方案二采用两台大流量，一台小流量，共计3 台水泵进行灌溉，两方案均采用单机单管的运行方式，两种方案比较见表6～表7。

表6 水泵方案对比表1

表7 水泵方案对比表2

比较两种方案可知，方案一和方案二在流量上差异不大，皆能满足设计流量及扬程的需要，但方案二装置效率较方案一低，能源单耗高，且方案一的同型号三台水泵运行管理方便，故本次推荐方案一，水泵性能见表8。

表8 东风灌区一级站推荐水泵（S600-24N/6A）性能表

6 电动机选型

根据水泵单泵单管运行工况分析计算，水泵机组轴功率最大为174.4 kW，故水泵设计选用异步电动机，型号为YE3 355M2-6，设计功率为200kW，其防护等级为IP44型，技术参数见表9。

表9 东风灌区一级站推荐水泵配套电动机性能表

7 真空泵选型

设计3 台水泵安装在最低运行水位以上，水泵的充水采用真空系统实现。真空泵的排气量采用下式计算：

式中:Q 为泵组需要排出的空气量,m3/min；Ha为泵站所在地相应的大气压的水头，Ha=9.46 m；W 为最大一台水泵出水侧电动蝶阀以前管道以及水泵壳体内的体积，经计算W=9.9 m3；K 为备用系数，K=1.1；T 为主泵启动时间，T=3 min；hB为前池最低水位时的几何吸水高度，hB=1.14 m。

经计算，Q=4.13 m3/min。

设计选用SK-3 真空泵两台，一用一备，该泵排气量5.3 m3/min，配套电动机功率11 kW。两台真空泵布设在主厂房检修间一侧。主管道采用镀锌钢管管径Dg65 mm 通向每台水泵的支管采用Dg25 mm。

8 结语

东风水库灌区一级泵站存在严重的安全隐患，不能满足泵站安全运行要求，泵站机电设备安全鉴定评定为四类，急需对泵站机组进行更新改造。通过对三台同型号和两大一小不同型号单级双吸卧式离心泵两种方案进行对比分析，在同时满足设计流量及扬程需要时，两大一小不同型号水泵比三台同型号水泵的装置效率较低，能源单耗高，且三台同型号水泵运行管理方便，故东风灌区一级站泵站机组更新改造推荐三台同型号单级双吸卧式离心泵方案，极大提高了水泵机组的效率，降低了能源单耗，使泵站的运行管理更为方便和高效。