匡成華

大型泵站機(jī)組的選型設(shè)計(jì)

匡成華

一、工程概況

八里河是國(guó)家AAAAA級(jí)旅游景區(qū)，環(huán)?！叭?00佳”，地處安徽省潁上縣，南臨淮水，東瀕潁河。八里河下游沿岸地勢(shì)低洼，而外河水位（潁河）較高，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟涤晷纬傻膬?nèi)水無法外排，形成“關(guān)門淹”。為減輕八里河流域洪澇災(zāi)害，新建八里河泵站，汛期抽排內(nèi)水，降低八里河高水位，并縮短高水位持續(xù)時(shí)間。

二、八里河泵站結(jié)構(gòu)布置及泵型選擇

1.工程規(guī)劃條件

八里河泵站位于八里河與潁河交匯處八里河閘左側(cè)。該站的主要功能分為排湖，即抽排八里河湖區(qū)洪水；排圩，即抽排曹池溝澇水，并兼顧枯水期八里河流域周邊農(nóng)田用水和八里河景觀用水需求反向補(bǔ)水。泵站具有抽排和反向補(bǔ)水功能，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)抽排流量為60m3/s，補(bǔ)水流量為16.5m3/s。工程等別均為Ⅱ等，大（2）型工程，主要建筑物級(jí)別均為2級(jí)。規(guī)劃設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

2.泵站泵型的選擇

八里河泵站三種工況設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程分別為 4.1m、4.2m、4.7m，最高凈揚(yáng)程為5.3m、7.16m，泵站為低揚(yáng)程大流量泵站，綜合比較采用軸流泵較為合適。軸流泵可分為常規(guī)立式軸流泵和潛水軸流泵。潛水軸流泵電機(jī)與水泵構(gòu)成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，在安裝及機(jī)組運(yùn)行等方面具有常規(guī)軸流泵無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。但潛水軸流泵解體維修需返廠進(jìn)行，給運(yùn)行管理帶來不便；單從土建結(jié)構(gòu)方面而言潛水軸流可以省去上部廠房，土建投資較常規(guī)軸流泵節(jié)約；但大型潛水泵由于電機(jī)擠在流道中，裝置效率相對(duì)略低，總裝置效率比具有良好進(jìn)出水流道的軸流泵低約2%?？紤]到常規(guī)軸流泵應(yīng)用廣泛，裝置效率較高，運(yùn)行維護(hù)方便，該站采用常規(guī)立式軸流泵。由于八里河泵站運(yùn)行工況較多，除了排湖、排圩以外還需要反向引水，流量變化較大，單一泵型難以滿足泵站各工況的運(yùn)行，故采用大小機(jī)組搭配的形式。

3.泵站臺(tái)數(shù)的選擇

根據(jù)泵站排圩和反向引水的需要，小機(jī)組選擇3臺(tái)1400ZLB5-5型軸流泵。大機(jī)組參考南水北調(diào)工程TJ04-ZL-19水泵模型，初步擬定2臺(tái)、3臺(tái)和4臺(tái)機(jī)方案。選用三種方案進(jìn)行比較見表2。

由表2比較結(jié)果來看，各種比較情況如下：

（1）性能方面：三方案的效率相當(dāng)。

（2）ND值：方案二的值最小，表明方案二的氣蝕性最好。

（3）土建投資：泵站有不同機(jī)型，為方便施工泵站不同機(jī)組底板均采用同一高程。由于方案二和方案三底板由反向引水最低水位決定，底板高程一致，兩方案土建開挖深度相當(dāng)，但方案二主廠房長(zhǎng)度較短，因此土建投資方案二小于方案三。方案一由于葉輪直徑較大，肘形流道高度和葉輪的淹沒深度值皆較大，因此方案一的土建開挖較深，但主廠房長(zhǎng)度較短，土建投資方案一略大于方案二。

綜合考慮方案二機(jī)組氣蝕性能較好，土建和設(shè)備投資較省，因此推薦選用方案二，即3臺(tái)1900ZLB和3臺(tái)1400ZLB5-5型水泵。

4.工程總體布置

八里河泵站采用堤后式，排澇分為排湖和排圩，排湖為排八里河洪水，排圩為排圩區(qū)曹池溝洪水。在排湖和排圩引水渠末端分別設(shè)置排湖閘和排圩閘。在排湖、排圩二向水系交匯處設(shè)置前池，始端分別與排湖閘和排圩閘相連接，末端與站身連接。站身6臺(tái)機(jī)組在平面上呈一列式布置，考慮抽排水流流態(tài)，大機(jī)組布置在泵站左側(cè)（靠近排圩閘側(cè)），采用肘型進(jìn)水流道，流道進(jìn)口設(shè)置簡(jiǎn)易攔污柵、檢修閘門，出口設(shè)置事故快速閘門和拍門。小機(jī)組布置在站身右側(cè)，采用透空式，并作為引水通道，流道進(jìn)口設(shè)置簡(jiǎn)易攔污柵、出口設(shè)置拍門。站身出水側(cè)設(shè)壓力水箱，在平面上呈梯形布置，末端與排灌控制段相接。壓力水箱底層為引水通道，上層為抽排水流通道。壓力水箱上層流道右側(cè)布置引水涵洞，通至八里河閘上游。排灌控制段為鋼筋混凝土雙層箱型結(jié)構(gòu)，靠出水側(cè)設(shè)排灌控制閘門，在不同工況下通過控制閘門控制抽排或引水?？刂贫魏蠼映鏊?，出口設(shè)置防洪工作閘門。

三、幾點(diǎn)設(shè)計(jì)體會(huì)

（1）八里河泵站根據(jù)其功能和排澇要求，參考類似泵站，采用大小機(jī)組組合的形式，滿足不同工況排澇條件下不同流量的要求。

（2）在不同型號(hào)組成的泵站中，由于不同型號(hào)水泵存在性能差異，因此需針對(duì)不同性能的機(jī)組，合理分配每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的流量，從而確定機(jī)組的臺(tái)數(shù)，使泵站整體效率最高。

表1 八里河站規(guī)劃參數(shù)表

表2 八里河站比選表

（3）從經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)來看，其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益非常明顯，符合國(guó)家的環(huán)保、節(jié)能政策。

（4）目前許多大小機(jī)組組合泵站沒有在最優(yōu)工況下運(yùn)行，造成能耗和運(yùn)行費(fèi)用增加，因此泵站優(yōu)化調(diào)度具有很重要的意義■

（作者單位：安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 230088）

（專欄編輯：顧 梅）