摘要：水泵选型是泵站工程设计中的关键问题之一，选型是否合理，直接关系到泵站的投资、工程建成后的运行费用和供水安全。本文结合合阳县申都供水工程三座泵站水泵选型实例，针于流量小，扬程大的泵站，水泵选型优先考虑多级水泵，但是多级离心水泵叶轮直径不能车削的特殊性，造成泵站运行流量比设计流量偏大或者偏小问题，流量偏差应满足水泵最大流量容差系数±5%，否则认为不合理。
关键词：供水、泵站、水泵选型
1前言
合阳县申都供水工程供水对象由县城用水和村镇用水两部分构成，工程建设任务是通过对申都供水工程更新改造，根据供水需求确定合理的供水规模，彻底解决合阳县城及新池、坊镇、伏六、平政、知堡和城关镇（含城郊）5乡一镇人畜的生活用水及部分乡镇企业、工矿企业的生产用水问题，确保申都供水工程的经济效益和社会效益能够正常发挥，促进合阳县申都供水工程公司走上良性循环的发展道路，为构建合阳县和谐社会创造条件。
依据《合阳县城市总体规划》（2009-2030），合阳县中心城区人口规模2030年将达到25.01万人，根据《行业用水标准（陕西省地方标准DB 61/T 943-2014）》，确定合阳县2030年供水规模为3.5万m3/d，其中由红旗水库供水1.0万m3/d，剩余2.5万m3/d由申都供水工程供水。
2泵站特征参数
合阳县申都供水工程的供水对象主要是县城人口用水和村镇用水，工程的供水形式是二十四小时不间断供水，申都供水工程供水规模是2.5万m3/d，确定工程供水流量为0.289 m3/s。本工程共分三级泵站抽水至县城水厂，根据工程布置方案和各供水对象用水需求，泵站基本特征参数如下：申都一级泵站泵站设计流量0.289m3/s，站下水位367.22m，站上水位577.22m，净扬程210.00m；宋家庄二级泵站泵站设计流量0.241m3/s，站下水位577.22m，站上水位666.20m，净扬程88.98m；坊镇三级泵站泵站设计流量0.241m3/s，站下水位666.20m，站上水位754.34m，净扬程88.14m。
3水泵选型设计
水泵选型是泵站工程设计中的重要问题，选型合理与否，直接关系到泵站工程的投资、建成后的运行费用和供水安全。水泵选型必须根据工程具体情况，确定合适的水泵型号和台数。合理选择水泵是正确使用水泵的先决条件。水泵性能主要是由扬程、流量、功率、转速、允许吸上真空高度或允许汽蚀余量这六个工作参数而定。
3.1水泵选型应遵循以下原则
a）广泛收集国内外先进的泵型技术资料，选用优秀的水力模型，力争达到同行业领先水平。
b）在泵站平均扬程时，水泵运行在高效区；在设计扬程时，水泵满足泵站设计流量；在最高与最低扬程时，水泵能安全、稳定运行。
c）水泵有较好的抗汽蚀性能，使机组在设计寿命期内检修次数少、水力性能稳定。
d）设备先进、结构成熟，运行安全可靠。
e）安装、检修方便，便于维护和管理。
3.2水泵机型初定
立式和和卧式机组有如下优缺点：
①汽蚀性能：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上：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。卧式和立式水泵优缺点比较如下：
单级双吸离心泵（卧式安装），优点是叶轮吸水产生的轴向力容易平衡，汽蚀余量相对小，机组安装高程略高，厂房高度低。检修拆装和运行方便。通风采光好，缺点是要求厂房平面尺寸大。
单级双吸离心泵（立式安装），优点是平面上占地小，结构紧凑，缺点是需要设置电机钢支架，稳定性相对差易产生震动，稳定程度较卧式安装略差，建成后需定期对钢结构除锈刷漆防腐。机组检修不便。
单级单吸离心泵（立式安装），优点是占地面积较小，汽蚀余量相对大，水泵安装低，缺点是拆卸检修不便，机组安装校深，需要立式电动机，结构稍复杂。要做多层厂房，通风采光困难。
综合上述比较，卧式机组维护检修方便，在中小型供水工程应用广泛，成功运行案例较多，因此本工程中泵站拟采用卧式离心泵方案。
3.3各站水泵选型设计
（1）申都一级泵站
一级泵站设计流量0.289m3/s，净扬程210.00m。对于扬程大，流量小的泵站在水泵选型设计时首先考虑卧式多级离心泵，但多级离心泵水泵叶轮外径不能车削，在实际选型计算过程中，水泵性能曲线与管路损失曲线很难恰好交在设计流量点上，所以水泵运行工况点流量的偏大或者偏小导致工程供水量浪费或者不够的情况。根据《GB/T 3216-2005 回转动力泵 水力性能验收试验 1级和2级》水泵最大流量容差系数为±5%，流量满足此条件应在设计合理范围内。
在本次设计中，首先进行了水泵台数的必选，对一级泵站选用4台卧式多级离心泵方案和8台卧式多级离心泵方案的比较，计算结果如下。
方案一，水泵型号D360-57*4，4台（3用1备），单机流量0.096 m3/s，泵站流量0.299m3/s，设计扬程228.8m，水泵效率77.8%，最大轴功率294.7 kW，配套电机功率315 kW ，泵站总功率1260 kW。
方案二，水泵型号D155-30*8，8台（6用2备），单机流量0.048 m3/s，泵站流量0.32m3/s，设计扬程234.0m，水泵效率71%，最大轴功率167.8 kW，配套电机功率200 kW，泵站总功率1600 kW。
对于方案一，水泵选型采用4台组运行（3用1备），泵站运行流量为0.299 m3/s，比设计流量大0.01 m3/s，水泵流量容差系数为3%，小于5%，在合理范围内，同时该方案与现状泵站现状运行机组台数保持一致，管理人员容易适应，同时水泵台数少，厂房占地也小。方案二泵站运行流量0.32 m3/s比泵站设计流量0.289 m3/s多0.031 m3/s，水泵流量容差系数为10%，大于5%，流量太大，不合理；同时机组台数多，厂房占地大，装机容量稍大，管理运行维护工作量大。综上所述，虽方案一备用机组较少，装机容量相对小，且到二级站之间没有分水点，流量匹配问题启用变频机组调节，满足所有设计工况需要。申都一级站水泵机组选型推荐方案一。
方案一中，D360-57*4水泵不同工况点工作简图如图1所示，一级泵站设计流量为0.299m3/s，设计扬程为228.8m，泵站总装机功率为1260kW。
（3）宋家庄二级泵站
结合工程总体布置及现有站址及线路的布置，二级泵站附近有当地村镇人口引用水，通过当地人口的数量确定需水流量大约为0.048 m3/s，宋家庄二级泵站设计流量为0.241 m3/s，净扬程88.98m。首先考虑多级离心泵，采用D155-30*5多级离心泵7台（5用2备）水力计算工作点曲线图如图2。 
图2 宋家庄二级泵站D155-30*5型水泵不同工况工作点简图
由图2可以看出，采用多级卧式离心泵，基本满足设计工况流量0.241m3/s，但是水泵2台运行、3台运行和4台运行水泵性能曲线与对应台数管路损失曲线均无交点，即这3种组合运行工况水泵均无法运行，根据申都供水工程用水特性随着季节变化，用水量需求也发生变化，启动水泵台数也随之要变，泵站存在启动水泵2台运行、3台运行和4台运行的情况，所以多级离心泵并不能完全满足二级泵站的运行要求。鉴于多级水泵不能满足工程运行要求，设计选用离心泵进行试算，同时进行了7台（5用2备）和4台（3用1备）两种机组选型方案比较。水泵选型方案结果如下。
方案一，水泵型号NSC 125-80-350，7台（5用2备），单机流量0.048 m3/s，泵站流量0.241m3/s，设计扬程141.5m，水泵效率74.2%，最大轴功率123 kW，配套电机功率132kW ，泵站总功率924 kW。
方案二，水泵型号NSC 150-100-400，4台（3用1备），单机流量0.08 m3/s，泵站流量0.241m3/s，设计扬程145.3m，水泵效率74%，最大轴功率222kW，配套电机功率250 kW，泵站总功率1000 kW。
方案一：水泵选型采用7台组运行（5用2备）满足设计流量。该方案与现状运行机组保持一致，管理人员容易上手，同时与一级站的配水情况是2对1的关系，即一级站开1台水泵，二级站开两台泵，同时满足分水要求，分水流量刚好是二级站1台水泵流量，配水灵活，缺点是厂房占地大。方案二：水泵选用台数少，与一级站的配水大致是2对1的关系，但是缺点是分水困难，配水困难，装机容量较大。综上所述，虽方案一备用机组较多，装机容量相对小，但运行配水灵活、完全满足所有设计工况需要。宋家庄二级泵站水泵机组选型推荐方案一。
NSC 125-80-350中开式离心泵不同工况下水泵工作点如图3所示。设计流量为0.241m3/s，设计扬程为141.3m，泵站总装机功率为924kW。
（4）坊镇三级泵站
坊镇三级泵站设计流量0.241m3/s，净扬程88.14m，设计总扬程139.4m，泵站总装机功率为924kW。三级泵站水泵选型过程和结果基本与二级泵站相同，这里不再重述。
6总结
水泵选型是泵站工程设计中的重要问题，水泵选型设计必须根据工程具体情况,确定合适的水泵型号和台数，选型的基本依据是泵站工程规划中所确定的设计参数，即所在泵站的流量、扬程及其泵站运行工况需求。针对合阳县申都供水工程三座泵站水泵选型，介于卧式离心泵和立式离心泵的优缺点，对于流量小，扬程大的泵站中，水泵优先考虑多级水泵，但是多级离心水泵叶轮直径不能车削的特殊性，造成泵站运行流量比设计流量偏大或者偏小问题，流量的大小应在水泵最大流量容差系数为±5%的范围内，否则认为不合理。同时，在水泵选型设计时，根据工程的流量和扬程首选用常规泵，若不满足工程运行工况需求，则要多种水泵类型进行试算，进行水泵台数必选，选择最优方案。
参考文献
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论文作者:雪静,陈晓歌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/10
标签：泵站论文; 水泵论文; 流量论文; 扬程论文; 卧式论文; 离心泵论文; 合阳县论文; 《基层建设》2017年第7期论文;