楊 超
(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,貴陽550002)
凱里嘎醉河水庫工程位于貴州省黔東南州凱里市境內(nèi)清水江支流鴨塘河上,本工程近期的開發(fā)任務(wù)是以供水為主,供水對象為凱里市城市生活和一般工業(yè)用水,屬中型水庫,具有多年調(diào)節(jié)特性。主要樞紐建筑物有大壩、溢洪道、底孔、取水管、泵站、出水管線等。提水泵站位于壩后,自嘎醉河水庫取水,水泵加壓后輸水至已建成的里禾水庫渠道后自流至水廠供水,供水量為2 448 m3/h,裝機(jī)規(guī)模定為4 ×280 kW(3 用1 備)。
本泵站為庫內(nèi)取水,管路及閥門的水頭損失暫按3 m確定。因此最大凈揚(yáng)程為83 m,最小凈揚(yáng)程為31.5 m,P =95%設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為58 m,提水流量為2 448 m3/h。由于揚(yáng)程變幅很大,可考慮以下幾種取水方式:
該方案就是在水庫岸邊先打一豎井,再打一水平隧洞穿入水庫,將水庫水引入豎井。由于受水庫水位變幅的影響,最大揚(yáng)程與最小揚(yáng)程的比值為2.635,范圍太大,深井泵軸較長(約52 m),且在該揚(yáng)程變幅范圍內(nèi)無法保證深井泵在高效區(qū)穩(wěn)定的運(yùn)行,既不節(jié)能又不能保證供水的可靠性[1]。
庫內(nèi)框架式泵房方案,也就是將補(bǔ)給水泵房設(shè)置在水庫庫區(qū)內(nèi),一般應(yīng)布置在較緩岸坡,下部結(jié)構(gòu)采用框架式,四周進(jìn)水,取水設(shè)施采用深井泵。該方案不僅廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此不可取。
該方案適用條件是河流水位變幅在10 ~35 m,河床較穩(wěn)定,聯(lián)絡(luò)管采用搖臂式接頭時(shí),岸坡角度宜>45°。浮船式取水的特點(diǎn):①由于浮船隨河水面漲落而自動(dòng)的上下移動(dòng)取水,它所取的水始終是水源體的表層水,因而取水含沙量最少,受河床泥沙影響小;②由于吸水室淺,所用清污設(shè)備簡單、可靠、造價(jià)低;③它在江河水位變幅較大時(shí)比固定式取水泵房投資低,上馬快;④它的缺點(diǎn)是:洪水期運(yùn)行時(shí),隨著江水漲落拆換輸水管接頭,貴州山區(qū)山洪特點(diǎn)是漲得快、落得快,因此拆換水管接頭困難;還需定期對鋼結(jié)構(gòu)作防腐處理等運(yùn)行管理、維護(hù)較麻煩。
壩后固定式泵房取水方案,是用一根直徑為DN800 長為85 m 的壓力鋼管接直徑為0.4 m 長為330 m的水庫導(dǎo)流洞將水引至泵房,加壓后經(jīng)兩根直徑為DN600 長為180 m的壓力鋼管提水至已建的里禾水庫渠道自流至水廠,該方案廠房結(jié)構(gòu)簡單,管路可靠,且所選用的中開離心泵通過變頻運(yùn)行能很好的滿足在該揚(yáng)程變幅范圍內(nèi)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行,節(jié)能效果顯著,檢修維護(hù)成本低[2]。
因此根據(jù)本站實(shí)際情況,經(jīng)與相關(guān)專業(yè)商討后共同決定,最終選擇壩后式泵房的取水方案。
首先,本泵站從庫內(nèi)有壓取水,受水庫水位變幅影響,凈揚(yáng)程范圍為31.5 ~83 m,最大揚(yáng)程與最小揚(yáng)程的比值即2.63,范圍太大。經(jīng)過調(diào)研國內(nèi)外水泵生產(chǎn)廠家,考慮采取對水泵進(jìn)行變頻調(diào)速措施以滿足本工程的實(shí)際要求。
其次,本泵站P =95%對應(yīng)的揚(yáng)程為58 m,如果以H =58 m作為水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程Hr,Qr=816 m3/h作為水泵的設(shè)計(jì)流量,經(jīng)過咨詢多家國內(nèi)外專業(yè)的水泵生產(chǎn)廠家得知:若不變頻,當(dāng)Hmax =83 m時(shí)水泵不能正常出水,且在水頭段31.5 ~58m 之間水泵每年運(yùn)行所消耗的電量比變頻后多約110 萬kW·h;若采取變頻技術(shù),則水泵在Hmax =83 m,Qr = 816 m3/h 時(shí)比在H = 58 m,Qr =816 m3/h時(shí)軸功率增大80 kW左右,這樣很容易損壞水泵,不能保證水泵的安全運(yùn)行。
因此,設(shè)計(jì)上考慮以最大揚(yáng)程83 m作為水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程,816 m3/h作為水泵的設(shè)計(jì)流量,即Hr =83 m,Qr =816 m3/h作為水泵的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)來選型,通過變頻降速運(yùn)行來滿足水泵揚(yáng)程的變化,這樣既能很好的保證水泵在揚(yáng)程變幅31.5 ~83 m高效、安全穩(wěn)定的運(yùn)行,又能保證其出水量始終為設(shè)計(jì)流量Qr =816 m3/h,達(dá)到節(jié)能的目的。
電機(jī)若選擇臥式布置方案,廠房尺寸長為28.5 m,寬為7.5 m,受地形條件的限制,為了盡可能減小廠房縱向尺寸,最終確定電機(jī)采用立式安裝,立式布置廠房長為15.5 m,寬為7.5 m。
本泵站布置于壩后,設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為Hr =83 m,單泵提水流量為Qr =816 m3/h,本階段擬定單級雙吸立式中開離心泵為代表機(jī)型。基于采取變頻調(diào)速措施后,水泵的選擇原則為:在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)時(shí),效率最高;水泵在揚(yáng)程變幅31.5 ~83 m高效運(yùn)行,并保證設(shè)計(jì)流量。以下就專業(yè)生產(chǎn)廠家所推薦泵型進(jìn)行比選,主要性能參數(shù)見表1。
表1 嘎醉河泵站水泵廠家推薦的泵型性能參數(shù)表
經(jīng)分析,在設(shè)計(jì)揚(yáng)程83 m時(shí),制造廠一比制造廠二生產(chǎn)的水泵效率高0.9%;P =95%對應(yīng)揚(yáng)程58 m時(shí),制造廠一比制造廠二所生產(chǎn)的水泵效率高2%:在平均揚(yáng)程44 m時(shí),制造廠一比制造廠二所生產(chǎn)的水泵效率高2.8%。根據(jù)上述分析:本階段初步確定Omega250—600B 型水泵為代表機(jī)型。
選定機(jī)組設(shè)計(jì)工況的主要參數(shù)見表2。
表2 選定機(jī)組設(shè)計(jì)工況一覽表
配套電機(jī)參數(shù)見表3。
表3 配套電機(jī)參數(shù)表
根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50265—2010),泵站裝機(jī)臺數(shù)與泵站的流量變化幅度和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)有關(guān),流量變化幅度大和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)高的泵站,臺數(shù)宜多,流量比較穩(wěn)定和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)低的泵站,臺數(shù)宜少;年運(yùn)行小時(shí)數(shù)高的泵站,至少設(shè)有1 臺備用;年運(yùn)行小時(shí)數(shù)低的泵站,可不設(shè)備用。因本站揚(yáng)程變幅大,需變頻器滿足揚(yáng)程要求,高壓電機(jī)采用的變頻器比低壓電機(jī)采用的變頻器投資多100 萬元右,另外本站進(jìn)線為35 kV,降壓到兩種電壓等級的降壓變差別不大。因此采用4 臺機(jī)方案。泵站的供水泵詳細(xì)情況見表4。
表4 泵站的供水詳情
所選用水泵為中開式單級雙吸離心泵,水泵比轉(zhuǎn)速ns 為:
則水泵能效情況見表5。
表5 水泵能效情況一覽表
水泵效率達(dá)到GB19762—2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價(jià)值》目標(biāo)能效限定值的要求。
由于揚(yáng)程變幅大,常規(guī)水泵難以滿足如此大的揚(yáng)程變化,因此需采用變頻,按最大揚(yáng)程做設(shè)計(jì)工況點(diǎn)進(jìn)行水泵選擇并選擇配套變頻電機(jī)。
嘎醉河水庫年供水總量為1 720 萬m3。
泵站裝機(jī)容量為4 ×280 =1 120 kW,年消耗電量為274 萬kW·h,設(shè)計(jì)揚(yáng)程為58 m。
泵站單位提水揚(yáng)程單耗小于SL255-2000《泵站技術(shù)管理規(guī)定》要求的5 kW·h/kt·m。
工程本著合理利用能源、提高能源利用效率的原則,遵循節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范,從設(shè)計(jì)理念、工程布置、設(shè)備選擇、施工組織設(shè)計(jì)等方面已采用節(jié)能技術(shù),選用了符合國家政策的節(jié)能機(jī)電設(shè)備和施工設(shè)備,合理安排了施工總進(jìn)度。符合國家固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能設(shè)計(jì)要求。
[1]許文斌,馬國清. 慈溪市中西河區(qū)水資源供需平衡分析及四灶浦海涂水庫提水泵站規(guī)模確定[J]. 浙江水利科技,1994(03):7-11.
[2]林潮.張峰水庫提水泵站供電線路施工方法簡述[J]. 山西水利,2014(01):50-51.