許 麗

(成都市水利電力勘測設(shè)計院，成都，610092)

大流量潛水泵在新津工業(yè)園排澇泵站中的應(yīng)用

許 麗

(成都市水利電力勘測設(shè)計院，成都，610092)

新津工業(yè)園排澇泵站采用工期短、投資省的潛水式軸流水泵，運行穩(wěn)定，建議推廣。

排澇泵站 水泵選型 大流量潛水泵 新津工業(yè)園

1 概述

新津工業(yè)園位于成都市新津縣與彭山縣交界處，緊臨岷江干流金馬河段。該園區(qū)地勢較低，區(qū)間洪水不能完全靠自流排泄。園區(qū)內(nèi)有一條小禮湃堰排洪渠，當(dāng)岷江干流水位低于園區(qū)地面高程時，通過小禮湃堰排洪渠可以順暢自流將區(qū)間暴雨洪水排入岷江河流；但在岷江干流金馬河段發(fā)生常年洪水時，需關(guān)閉小禮湃堰排洪渠出口閘門，僅只能防止岷江干流洪水倒灌。為解決此時園區(qū)的內(nèi)澇，須采用泵站排澇方案。

在小禮湃堰排洪渠末端的排澇閘旁新建排澇泵站一座，當(dāng)洪水期岷江干流水位上漲時，關(guān)閉排澇閘，園區(qū)內(nèi)澇水隨小禮湃堰排洪渠匯集至排澇閘前，由泵站抽排至岷江干流中。經(jīng)過水文和動能分析計算，園區(qū)多年排澇流量8.6m3/s，排澇泵站按10年一遇進行設(shè)計，設(shè)計排水流量為17m3/s。

由于排澇泵站流量穩(wěn)定、年利用小時數(shù)低，按GB50265-2010《泵站設(shè)計規(guī)范》選型計算分析比較后，水泵臺數(shù)以4臺為宜，且站內(nèi)可不設(shè)備用泵。

2 泵站技術(shù)指標(biāo)及水泵選型

2.1 水泵揚程

對于任何一種水泵，能夠高效率且安全穩(wěn)定運行的揚程范圍和泵站實際具有的揚程其范疇有所不同。從水泵本身來說，希望泵站的揚程和流量變化盡可能小，以便使水泵能夠運行在高效率區(qū)；而對于泵站來說，則希望所選擇的水泵盡可能適應(yīng)泵站運行時可能出現(xiàn)的各種工況(包括一些比較惡劣的極端揚程和極端流量情況)，即揚程和流量范圍盡可能的大。因此，泵站實際運行揚程變化幅度對于水泵參數(shù)選擇影響很大，如果不加注意，就有可能造成水泵在投入運行后，因為運行點偏離水泵的最優(yōu)運行區(qū)域或者安全運行區(qū)域而發(fā)生嚴(yán)重的氣蝕和振動，或出現(xiàn)高揚程區(qū)供水流量不足等問題。

從水泵設(shè)計上，影響水泵參數(shù)選擇的特征揚程是泵站的設(shè)計揚程和加權(quán)平均揚程，而最大和最小揚程則是校核所選水泵是否滿足泵站供水能力和安全穩(wěn)定運行性能的重要工況。

本排澇泵站最大揚程Hmax為8.52m，最小揚程Hmin為5.15m，加權(quán)平均揚程Hav為6.82m，考慮Hav和設(shè)計揚程Hp之比不宜過大，Hp確定為6.31m。

2.2 水泵比轉(zhuǎn)速

水泵比轉(zhuǎn)速作為表征水泵結(jié)構(gòu)型式和性能的重要參數(shù)，一旦確定了其水平范圍(可據(jù)泵站揚程范圍所確定的泵型為基礎(chǔ)，去選擇相應(yīng)比轉(zhuǎn)速的水力模型，進而比較確定原型水泵的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速、安裝高程等系列指標(biāo)，確定機組尺寸、重量、機電設(shè)備和土建工程投資)，便為確定泵型參數(shù)打下了基礎(chǔ)。同一水力結(jié)構(gòu)形式的水泵，比轉(zhuǎn)速的提高將有利于減小機組尺寸、降低設(shè)備造價和廠房布置尺寸，但水泵的空蝕性能和抗泥沙磨蝕能力會隨著比轉(zhuǎn)速的升高而下降，為保證水泵安全運行就需要較大的吸出高度而加大挖深，從而增加泵組的制造難度和泵房的投資。比轉(zhuǎn)速隨著當(dāng)前科研、設(shè)計、制造水平的提高而有所提高，選擇水泵時盡量考慮近幾年有所改進且各方面性能優(yōu)良的泵型。

按ns=3.65nQ1/2Hp3/4，本泵站的比轉(zhuǎn)速在1400左右。

2.3 水泵效率

水泵效率是體現(xiàn)水泵技術(shù)水平的重要指標(biāo)。高效率水泵其技術(shù)先進，可降低運行電耗、提高工程運行效益。低揚程大流量水泵效率有兩種表達(dá)方式：泵段效率和包括水泵進出水流道的水泵裝置效率。

對國內(nèi)幾個典型的水泵生產(chǎn)制造廠進行咨詢，泵段效率基本集中在83.5%～90%，較之對幾個比轉(zhuǎn)速在600～1400間大泵站的統(tǒng)計數(shù)據(jù)83%～88.6%提高了近1.5%。因此，本泵站該類泵的泵段效率以控制在不低于84.5%為宜。

泵站裝置效率主要包含了水泵裝置效率、傳動裝置效率(如果有)和電動機效率。水泵裝置效率是進、出水流道水泵裝置特性的重要指標(biāo)，受泵段和泵站總體水力設(shè)計、設(shè)備加工制造、安裝及泵站流道施工等方面因素的影響，是對工程運行效益有實際價值的綜合指標(biāo)，在GB50265-2010《泵站設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：軸流式泵站和混流式泵站的裝置效率不宜低于70%。電動機所具備的穩(wěn)定、高效率連續(xù)運行能力對降低泵站運行成本十分重要。同步電動機與異步電動機在效率指標(biāo)、功率因素等方面的差異，以及對設(shè)計選型的影響，都會直接影響到大流量泵站工程的安全、穩(wěn)定、高效運行。電動機的額定效率與它的額定轉(zhuǎn)速和容量密切相關(guān)，為獲得投資合理、高性能電動機，應(yīng)與水泵設(shè)備制造廠一起，對配套電動機制造廠進行資質(zhì)審查和嚴(yán)格質(zhì)量把關(guān)。

2.4 水泵結(jié)構(gòu)型式比選

根據(jù)上述選型思路和技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，按泵站流量和揚程5.15m～8.52m的范圍，本泵站以采用軸流式水泵較為合適。軸流式水泵中又有潛水式和普通立式兩種結(jié)構(gòu)型式。從泵組結(jié)構(gòu)、廠房布置、安裝檢修、運行維護和工作環(huán)境來看，優(yōu)缺點分述如下：

(1)普通立式泵：水泵和電機分層布置，便于電機檢修；但廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，廠內(nèi)噪音大，運行維護環(huán)境相對較差；此外工程投資較大，施工期也相對較長；

(2)潛水式泵：為機電一體，不分層，結(jié)構(gòu)緊湊，廠房布置簡單，安裝檢修簡單方便，泵組安裝期短；該水泵潛入水中運行，電機冷卻條件好，噪音低，可避免普通立式水泵分層布置結(jié)構(gòu)造成的操作、運行、維護環(huán)境較差的問題。經(jīng)初步計算潛水泵站工程總投資較普通立式泵節(jié)省30%左右，且建設(shè)周期可節(jié)約20%以上。

潛水泵的安全可靠性取決于潛水電機的密封技術(shù)，經(jīng)過多年的努力和不斷的技術(shù)改進及技術(shù)攻關(guān)，現(xiàn)已趨于成熟完善，并積累了比較豐富的設(shè)計、制造、加工工藝、質(zhì)量控制和管理等方面的經(jīng)驗。近幾年國內(nèi)特別是南方地區(qū)大流量潛水泵的使用已經(jīng)非常普遍且運行狀況良好。

綜上比較，新津工業(yè)園排澇泵站推薦采用軸流潛水式水泵，為新型機電一體機，以達(dá)到效率高、工期短、投資省之目的。計算選擇的配套設(shè)備及對應(yīng)參數(shù)見下表1。

表1 新津工業(yè)園區(qū)排澇泵站配套設(shè)備及對應(yīng)參數(shù)

3 潛水泵特點及應(yīng)用情況

新津工業(yè)園排澇泵站選擇的1200QZB潛水軸流泵采用潛水電機和水泵直連的新型一體機型式。潛水電機YLQ850的10kV級定子繞組，采用F級云母及特種硅橡膠的復(fù)合加強型防水絕緣及真空浸漬F級絕緣漆(VPI)，具有良好的防潮、耐溫性。電機設(shè)置獨立的IP68密封接線盒，并設(shè)置可靠的電纜密封裝置。電機軸從下端蓋伸出，出軸部位設(shè)有機械密封，并配以油封增加密封效果。為阻止外部水沿著軸伸滲入電機內(nèi)部，共設(shè)有多道機械密封，機械密封可承受20m揚程壓力。

泵段由葉輪、葉輪外殼、導(dǎo)葉體和進水喇叭組成。導(dǎo)葉體內(nèi)部有密封油室，電機側(cè)機械密封、油室機械密封和推力軸承全部封閉在其中，并盛有一定量的潤滑冷卻機械油。電泵頂部裝有導(dǎo)流罩，可以改善出水水流條件，減小局部損失，提高裝置效率。導(dǎo)流罩頂部設(shè)有防抬機裝置，可防止電泵反轉(zhuǎn)抬機，并且電纜不與出水水流接觸，可以保護電纜不受水流沖擊造成磨損。為避免機組承受停機時產(chǎn)生的水錘影響，在每臺泵壓力管出口裝設(shè)1臺DN1400的配重式拍門作為止回閥裝置。該拍門結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不需要人力操作。

因本泵站抽排洪水，泥沙含量較大，對水泵過流部件的磨損較為嚴(yán)重。水泵葉輪、導(dǎo)葉體等過流部件，都采用不銹鋼材料，用以提高抗蝕抗磨性能，從而延長水泵使用壽命。為便于水泵安裝以及檢修，以全廠最重件電潛水泵重約6.5t為依據(jù)，起重設(shè)備起重量10t。由于電潛水泵一旦安裝投運后長期浸沒于水中，檢修時須回設(shè)備廠進行，加之泵組利用率不高，檢修機率較少，以減少設(shè)備購置考慮，不設(shè)置專用固定的起重設(shè)備，泵組設(shè)備檢修時臨時租用10t移動式汽車起重機到泵站工作，從專用吊物孔中吊起潛水泵至運輸車中即可。這樣，減少了泵房的高度，同時也節(jié)省了設(shè)置起重設(shè)備費用和維護檢修費用。潛水泵電機在水中運行，不需設(shè)置電機冷卻水系統(tǒng)。

水力測量系統(tǒng)設(shè)有潛水泵軸承和密封監(jiān)測、渠道水位、攔污柵前后壓差、河道水位等測量，其信號均可傳至控制臺顯示?？紤]泵站臨近縣城，為節(jié)約工程投資，泵站不配備機修設(shè)備和機修間。水泵的一般性故障可在廠房內(nèi)進行檢修或在縣城有關(guān)修配廠進行檢修。若水泵損壞嚴(yán)重，需返廠由生產(chǎn)廠家維修或購買相同型號更換。

排澇泵站自2010年建成投運以來，已經(jīng)經(jīng)過了近6個汛期的檢驗。泵組工作穩(wěn)定安全，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)語

(1)小禮湃堰排澇泵站工程的建設(shè)使新津工業(yè)園區(qū)抗御洪災(zāi)的能力得到顯著提高，為人民群眾生命財產(chǎn)安全、為新津工業(yè)園區(qū)各企業(yè)的安全高效生產(chǎn)提供了強有力的保障，同時也為實現(xiàn)水利事業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)起到了積極的作用。

(2)水泵機組的選型在保證安全可靠的前提下，依靠科技進步，優(yōu)先選用技術(shù)先進、安全可靠、高效節(jié)能的新型設(shè)備，為提高工程效益、減少工程投資作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。

許 麗(1963，12-)，女，大學(xué)本科，高級工程師，成都市水利電力勘測設(shè)計院水機金結(jié)室主任，主要從事水電站和泵站的水力機械設(shè)計工作。

TU992.25

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