德庆县水利水电勘测设计室 广东德庆 526600
摘要：本文主要针对泵站扩建项目水泵的选型展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对扩建项目水泵选型需要注意的各个方面作了系统的分析，并给出了水泵选型制造时需采取的防范措施，以期能为扩建项目的水泵选型提供参考借鉴。
关键词：泵站扩建项目；水泵；选型
在水泵扩建项目的施工过程中，水泵的设计工作对整体的扩建施工有着重要的意义。因此，我们必须要重视泵站扩建水泵的设计，并要采取有效的措施做好水泵设计工作，以保障水泵设计的质量。基于此，本文就大型泵站扩建项目水泵的设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 工程概况
某泵站输水损失流量5m3/s，总计33.86m3/s；年提水量2.90亿m3，其中某区1.38亿m3，某区1.52亿m3。考虑供水区远期工农业发展，确定扩建泵站设计流量为40.0m3/s。
泵站为岸边固定式泵站，主要建筑物包括进水闸、主厂房、副厂房、出水压力隧洞、出水池、向输水明渠和改线隧道。扩建一级泵站总装机6300kW，装机2台，总提水流量40m3/s，设计扬程5.91～11.67m。
2 站址水位分析
站址处于河东岸，高程较低，场地基岩面高程385.8～410.0m。自水电站1986蓄水以来，水文站历年最低水位变化范围在379.86～381.94m（大沽高程），变化幅度为2m左右。
根据1986～2003年历年最低水位频率分析，75%年份相应水位为380.63m，95%年份为379.86m。近30多年最高洪水位为387.58m，20%洪水位为385.96m。
3 泵站设计特征参数
河最低取水位376.68m；设计取水位378.08m；多年运行水位381.00～380.00m；出水池水位（2台泵运行）387.00m；出水池水位（1台泵运行）385.54m；最小地形扬程4.54m；最大地形扬程10.32m；泵站流量40.00m3/s。
4 机组台数、工作扬程及流量
设计充分考虑站址地形条件、泵站布置及运行方式等要求，选择2台单机流量20.00m3/s水泵，不设备用机组。
根据泵站的流量和出水压力管道长度（单机单洞，2台机组布置2条压力隧洞，隧洞长分别为449.2m和425.7m，直径3.50m），计算管路损失及水泵工作扬程。
计算公式：
H=HST+Σh
Σh=Σhe+Σhm
he=AQ2jL错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
式中：H———水泵的工作扬程，m；
HST———水泵的净扬程，m；
Σh———各管段水头损失之和，m；
h———管路的水头损失，m；
Σhm———各局部阻力水头损失之和，m；
Σhe———各管段沿程摩阻水头损失之和，m；
he———沿程摩阻水头损失，m；
Qj，Q———计算流量，m3/s；
A———管道的比阻，m；
L———管路长度，m；
ξ———局部阻力系数，m；
v———管中水流速度，m/s；
D———管道直径，m。
计算结果见表1。
5 泵型选择
根据泵站设计特征参数，参考国内已运行的泵站经验，适用于运行范围较大的水泵有全调节型轴流泵和混流泵，本次设计拟选择这两种泵型进行比选。而这两种泵比较：
（1）比转数不同，混流泵是300～500，轴流泵是大于500；
（2）液流经过叶轮后流出方向不同（这是主要区别）：轴流泵保持轴向流动（与叶轮旋转中心平行），混流泵是既有轴向又有径向合成的与叶轮旋转中心成某一夹角的斜向；
（3）同样扬程下，轴流泵流量比混流泵流量大。而本泵站在运行工况下，地形扬程较低，而流量需求较大，故选择轴流泵运行范围比混流泵更适合，且多年运行工况在高效区；从运行和经济方面比较，确定本泵站泵型为立式液压全调节轴流泵。本泵站水源为河水，泥沙含量大，不仅对水泵工作参数及正常运行有显著影响，而且导致水泵磨损。水泵在含沙水流中运行，使其寿命缩短。基于以上原因，在设计选型时，尽可能采用低转速机组。
根据泵站扬程计算表，初步选择水泵基本数据，见表2。
利用初选水泵特性曲线和泵站管路特性曲线交点求得水泵运行工作点流量、扬程、效率，根据水泵工作点选择相应的水泵及配套电机。
配套电机功率计算公式：
错误！未找到引用源。
式中：N———电动机功率，kW；
K———电动机的功率备用系数；
Q———水泵在最不利工作扬程下的流量，m3/s;H———水泵的最不利工作扬程，m；
η———水泵在最不利工作扬程下的效率，%；
η传———传动效率，%；
γ———输送液体的重度，kN/m3。
根据水文资料多年平均汛期含沙量为45.9kg/m3，计算出输水重率为1028.9kg/m3。
最终确定机组性能参数见表3。
水泵的性能曲线见图1。
6 水泵安装高程确定
根据水泵相关资料，查出水泵汽蚀余量[△h]值，根据以下公式计算水泵安装高程荦安。
▽安=▽进+[h吸]
式中：▽进─河最低取水位；
[h吸]─水泵允许吸上高度；
错误！未找到引用源。；
错误！未找到引用源。—泵站所在地大气压力；
错误！未找到引用源。—工作水温对应的汽化压力；
[△h]—厂家提供的汽蚀余量；
h吸—水泵进水部分阻力损失。
经计算，[h吸]为正值。本泵站水泵为立式泵，以进水池平均水位并结合水泵最小淹没深度要求，计算水泵安装高程应小于375.78m，水泵安装高程最终定为371.00m。泵站安装高程见表4。
7 水泵过渡过程计算
泵站设计为单泵单管，厂房内出水管管径为DN3400mm；出厂房后管径为DN3500mm的压力隧洞，隧洞长度分别为449.2m和425.7m。
水泵过渡过程计算是采用帕马金图表法计算，其计算的边界条件是水泵的出口不装任何防水锤设备，计算当系统突然断电时，水泵发生的最大倒转速和水泵出口的压力上升值。利用帕马金法求停泵时各特征参数，先算出两个参数即管道特征常数2ρ和机组惯性系数与水锤相长之积K2L/a，再计算各特征参数。《泵站设计规范》要求：“最高压力不应超过水泵出口额定压力的1.3～1.5倍；立式机组在低于额定转速的40%的持续运行时间不应超过2min。”经计算，各特征参数均不在帕马金图表范围内。根据轴流泵站多年运行经验，本泵站输水管路长度相对于轴流泵来说，是长距离输水。为了防止在低水位（376.68m）水泵正常停机和事故停机时倒转速过大，在水泵出口管道设置液控蝶阀。液控蝶阀采用快关80°，剩余10°让水慢慢回流，控制水泵倒转速。当机组启动时，阀门为全开。
8 防止水泵泥沙磨损的措施
泵站输送的水质在汛期为多泥沙水，在含沙介质中工作的水泵，由于大量泥沙颗粒的存在，使叶轮内的流速场和压力场发生畸变，流态将不再符合流动分层，也不符合每层间的液体互不相混杂的假设。因为泥沙颗粒的质量和惯性力有明显差异，所以泥沙颗粒的运动轨迹会偏离水质点的流线。使水泵效率、流量、扬程下降，汽蚀性能恶化，泥沙磨损的过程为坚硬的泥沙颗粒撞击和磨削过流表面，使过坏。
泥沙磨损的影响因素有水泵的汽蚀比转速、含沙量、材料的抗磨性能、含沙液流流速。
针对泥沙磨损影响因素采用下列措施防止水泵泥沙磨损：
（1）选择汽蚀性能好的水力模型，提高水泵的汽蚀比转速。
（2）为了控制液流流速，尽量选择低转速的机组。
（3）对已选定机型和工作参数的机组，在结构设计上考虑改善液流流动状态，设备的过流表面应避免凹凸不平，同时易损件采用抗磨涂层。
（4）当水泵停机后再启动时，进水流道里有大量泥沙沉积，影响水泵正常运行。为了水泵正常启动，在进水流道安装冲淤装置。
9 结语
综上所述，水泵设计的优劣，将会对泵站的扩建施工有着相当重要的作用。因此，施工方必须要引起高度的重视，并采取有效的技术措施做好设计施工，以保障水泵设计工作的质量，从而为泵站的扩建带来帮助。
参考文献：
[1]潘忠荣、熊杰.外东浦河泵站水泵选型[J].小水电.2014（05）.
[2]周铭高.小型水电站调速器技术改造选型[J].小水电.2015（05）.
论文作者:覃金清
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
标签：水泵论文; 泵站论文; 扬程论文; 泥沙论文; 水位论文; 轴流泵论文; 高程论文; 《基层建设》2016年1期论文;