枣庄市山城橡胶坝水泵选型设计分析

2022-07-30褚洋

山东水利 2022年6期

关键词：橡胶坝扬程选型

褚洋

（枣庄市水利勘测设计院，山东枣庄 277000）

橡胶坝作为景观效果好、性价比高的拦蓄工程，越来越多地出现在河道中。橡胶坝通过水泵实现充坝、塌坝，水泵的运行状况直接影响到工程防洪安全和蓄水灌溉、景观等效益的发挥。作为充排水系统中的重要水力设备，水泵的合理选型是橡胶坝正常运行的关键。

1 水泵选型设计

1.1 泵型初选

根据《橡胶坝工程技术规范》（GB/T 50979-2014），水泵的选型应根据橡胶坝的规模、充（塌）坝时间及拟定的系统计算水泵的流量及扬程。

1）水泵流量。水泵的流量按公式（1）计算：

式中：Q 为计算水泵所需最小流量，m3/h；V为坝袋充水容积，m3；n为水泵台数；t为充、塌坝所要求的最短时间，h。

2）水泵扬程。水泵的扬程按公式（2）计算：

式中：HB为水泵所需扬程，m；α 为坝袋内、外压比；H1为设计坝高，m；Δ3为坝底板高程，m；Δ2为水泵吸水管最低水位，m；ΔH 为水泵吸水管和出水管水头损失总和，m。

1.2 泵型复核

根据规范推荐的公式（1）、（2）计算出的数据为水泵最小流量和最大扬程，可用作水泵型号初选的依据。但在橡胶坝实际运行中，随着坝袋充水升坝或排水塌坝，水泵出水管口或进水管口水压力在不断变化，总扬程也随之变化。因此，水泵的扬程应根据不同工况、不同进出口水位组合进行计算，以进一步复核初选水泵是否符合工作要求，具体可采用公式（3）（4）分别计算充水、排水时所需水泵扬程。

式中：4为强排管出水口水位，m；其他符号意义同上。

充坝工况下，初始时具有最小净扬程，坝袋升至设计坝高时具有最大净扬程；塌坝强排工况下，初始时坝袋内水位最高，具有最小净扬程，坝袋塌平时具有最大净扬程。在计算中，应分别按照充坝、塌坝两种不同工况，根据水泵进、出水口净扬程和相应管路水头损失计算水泵所需扬程，同时结合水泵Q～H 性能曲线，通过不断试算确定水泵实际工况点，复核初选泵型工况点范围是否在其工作高效区内。否则，应通过调整泵型或管道直径、出口高程等措施使水泵满足工作要求。

2 工程设计实例

以山东省枣庄市山亭区山城橡胶坝为例，阐述分析充、排水水泵选型设计。

山城橡胶坝位于枣庄市十字河北支上，坝址以上流域面积123.26 km2，工程规模为中型，是一座具有蓄水灌溉功能的水利工程。由于年久失修，坝袋老化漏水，泵房渗水，机电设备锈蚀损坏，该坝已不能运行。2020 年，对山城橡胶坝实施了除险加固工程，主要建设内容为更换坝袋、新建泵房及其充排水系统等。橡胶坝坝长66 m，设计坝高3.5 m，坝袋设计内、外压比为1.3，坝袋容积1 390.95 m3。在橡胶坝左岸设置集水井和充排水泵房，内设充排水管管路，配备2 台充水泵和2台强排泵（1 用1 备）以实现升坝和快速塌坝。根据橡胶坝控制运用、山丘区典型洪水过程特点和已建工程经验等因素，综合确定该橡胶坝设计充坝时间5 h，设计强排塌坝时间1.5 h。

根据坝高、坝袋容积等数据和公式（1）（2）分别计算充水泵和强排泵的流量、扬程，进行水泵初选。初选的充水泵和强排泵性能曲线分别如图1、图2 所示。

图1 充水泵性能曲线（曲线2）

图2 强排水泵性能曲线

根据充坝、塌坝时不同工况，进行泵型复核。通过试算确定不同条件、不同进出口水位组合下的水泵工况点，分析是否在水泵工作高效区内。充水泵的工况范围分别见图3 和表1，强排水泵工况范围分别见图4 和表2，图中最大H 净线、最小H 净线之间的Q～H 曲线就是水泵工作工况范围。通过表中水泵工况点范围和水泵性能曲线分析，充、排水泵工况点范围均在其运行高效区内，故初选水泵泵型是合适的。