周明政

（蕪湖市水務(wù)局，安徽 蕪湖241000）

1 工程背景

根據(jù)《蕪湖市水網(wǎng)區(qū)（中片）防洪排澇綜合治理規(guī)劃》， 安徽省蕪湖市水網(wǎng)區(qū)排澇體系同現(xiàn)狀相比，將作重大調(diào)整， 即逐步廢除排水區(qū)內(nèi)原有排入荊山河、竹港河的城南圩小荊山、韋莊、黑沙湖、上河口、光榮、竹絲港站、三連圩西灘、萬勝站、埭南圩俞家、北斗、南溝、合勝等12座一排泵站，改由在荊山河匯入青弋江口和竹港河匯入青弋江分洪道口集中建2座大型排澇站直接外排。

新城南圩荊山河排水區(qū)， 是以荊山河下段及竹港河為主排澇溝，將原城南圩的竹絲港、黑沙湖、小荊山、光榮排區(qū)、原埭南北圩的俞家排區(qū)、原三連圩的西灘排區(qū)合并而成， 荊山河排水區(qū)總排水面積73.69km2。規(guī)劃擬在荊山河匯入青弋江口及竹港河匯入青弋江分洪道口各建一個(gè)排澇站。 荊方泵站位于荊山河與青弋江交匯處， 工程初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)單位經(jīng)過對排區(qū)設(shè)計(jì)洪水流量復(fù)核計(jì)算， 并征求蕪湖市水務(wù)局意見，最終確定荊方泵站工程規(guī)模為：設(shè)計(jì)排水流量50m3/s。 荊方泵站工程主要包括站身、穿堤涵洞、清污機(jī)橋、上下游引河及堤防等。

本文通過對蕪湖市荊方泵站工程的水泵選型方案進(jìn)行比選研究， 從機(jī)組性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)可靠性方面進(jìn)行系統(tǒng)分析， 選取最為經(jīng)濟(jì)合理的水泵選型方案進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，提高工程的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

2 水力機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)

荊方泵站位于蕪湖市鏡湖區(qū)卜家店附近， 青弋江與荊山河交匯口以南約600m， 是蕪湖市水網(wǎng)中片圩區(qū)防洪排澇的骨干項(xiàng)目之一， 泵站的設(shè)計(jì)流量為50m3/s，泵站的運(yùn)行水位組合及特征揚(yáng)程如表1。

表1 蕪湖市荊方泵站設(shè)計(jì)水位組合表

3 荊方泵站選型原則與模型

3.1 泵型選擇原則

荊方泵站為排澇泵站，對社會(huì)效益要求較高。根據(jù)荊方泵站的設(shè)計(jì)參數(shù)和工程特點(diǎn)，離心泵、潛水泵等泵型不適合本泵站的使用要求［1-4］，本工程初步設(shè)計(jì)階段以立式機(jī)組結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

目前常用的立式機(jī)組主要有立式軸流泵和立式混流泵兩種， 荊方泵站的運(yùn)行揚(yáng)程范圍介于軸流泵和混流泵的運(yùn)行范圍之間， 因此在該范圍內(nèi)可供選擇的水力模型有軸流式模型和混流式模型。 對于軸流式水力模型， 國內(nèi)外不同的科研單位和高等院校都有成熟的研究成果， 而且許多模型都已經(jīng)在工程中得到成功應(yīng)用［5-7］。 與軸流泵比較，導(dǎo)葉式混流泵的水力模型相對要少一些， 從20世紀(jì)90年代初期開始，為適應(yīng)南水北調(diào)東線工程中、高揚(yáng)程段泵站建設(shè)的需要， 國內(nèi)的一些科研單位和高等院校開展了富有成效的研究， 但對于水力模型的積累比軸流泵水力模型還有不足［9-11］。

從綜合角度考慮， 兩種方案的土建結(jié)構(gòu)基本上不存在差異；兩方案的布置型式基本一致，機(jī)組性能指標(biāo)相差不大；在結(jié)構(gòu)可靠性方面兩方案基本相同；考慮到軸流泵機(jī)組葉輪及導(dǎo)葉體部件的結(jié)構(gòu)型式更適合于本泵站的水泵梁布置， 因此設(shè)計(jì)單位推薦采用立式軸流泵方案作為設(shè)計(jì)方案。

3.2 水力模型

針對水泵水力模型， 近年來為了南水北調(diào)泵站工程的機(jī)組選型， 在天津曾進(jìn)行過數(shù)個(gè)批次的水泵模型的同臺(tái)測試工作。 根據(jù)荊方泵站的先關(guān)水力條件及參數(shù)， 選用TJ05-ZL-01號(hào)水力模型進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，從該模型性能參數(shù)來看，適用于本泵站。 在設(shè)備招標(biāo)階段安排在揚(yáng)州大學(xué)測試中心進(jìn)行了裝置模型的對比試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)選水力模型，通過性能比較最后選擇TJ04-ZL-03號(hào)水力模型， 并根據(jù)模型試驗(yàn)的結(jié)果對主機(jī)組參數(shù)進(jìn)行最終的確定。

4 荊方泵站選型方案性能比較

4.1 方案比選

根據(jù)荊方泵站的工程特點(diǎn)， 工程初步設(shè)計(jì)階段采用兩種不同的裝機(jī)臺(tái)數(shù)及站身方案進(jìn)行比選，比選的兩種方案分別為：方案一，裝機(jī)4臺(tái)套，單機(jī)設(shè)計(jì)流量為12.5m3/s；方案二，裝機(jī)6臺(tái)套，單機(jī)設(shè)計(jì)流量為8.5m3/s。

4.1.1 方案一機(jī)組主要性能參數(shù)

本方案裝機(jī)4臺(tái)套，主機(jī)組采用水泵葉輪直徑為2000mm、轉(zhuǎn)速為214.3rpm的原型參數(shù)。根據(jù)類似工程的模型試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)，預(yù)估原型裝置的性能，主機(jī)組性能曲線如圖1，各運(yùn)行工況下的主要性能技術(shù)參數(shù)如表2。 結(jié)合泵站揚(yáng)程和流量的要求，在設(shè)計(jì)工況角下可能出現(xiàn)的最大軸功率為1296kW，考慮儲(chǔ)備系數(shù)1.1， 配套功率應(yīng)超過1426kW， 需配套功率為1470kW的28極立式同步電動(dòng)機(jī)。

圖1 原型裝置性能曲線

表2 原型泵在各運(yùn)行工況下的主要性能參數(shù)

4.1.2 方案二機(jī)組主要性能參數(shù)

本方案裝機(jī)6臺(tái)套， 單機(jī)設(shè)計(jì)流量為8.5m3/s，主機(jī)組擬采用水泵葉輪直徑為1700mm、轉(zhuǎn)速為250rpm的原型參數(shù)。根據(jù)類似工程的模型試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)，預(yù)估原型裝置的性能，主機(jī)組性能曲線如圖2，各運(yùn)行工況下的主要性能技術(shù)參數(shù)如表3。結(jié)合泵站揚(yáng)程和流量的要求， 在設(shè)計(jì)工況角下可能出現(xiàn)的最大功率為895kW， 考慮儲(chǔ)備系數(shù)1.1， 配套功率應(yīng)超過985kW。

圖2 原型裝置性能曲線圖

表3 原型泵在各運(yùn)行工況下的主要性能參數(shù)

4.1.3 綜合比選

從上述兩種裝機(jī)方案的性能參數(shù)來看， 均能滿足泵站運(yùn)行要求。由于本泵站為排澇工程，不設(shè)置備用機(jī)組，方案一的4臺(tái)機(jī)組臺(tái)數(shù)較少，則當(dāng)某臺(tái)機(jī)組故障時(shí)流量損失較大，運(yùn)行調(diào)度不靈活；且方案二采用堤后式結(jié)構(gòu)，對防洪大堤及堤頂?shù)缆酚绊戄^小，故根據(jù)荊方泵站的工程特點(diǎn)，本站采用方案二安裝6臺(tái)套機(jī)組。

4.2 推薦方案設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)合泵站揚(yáng)程和流量的要求， 主水泵與主電機(jī)直聯(lián)，招標(biāo)設(shè)計(jì)階段結(jié)合裝置模型試驗(yàn)成果，進(jìn)一步復(fù)核配套電機(jī)功率。 水泵允許氣蝕余量［NPSH］＝7.5m，水力損失為0.15m，工程所在地的大氣壓力以10.13m水柱計(jì)算， 水泵葉輪中心的最高理論安裝高程可為2.54m。 最終確定主水泵葉輪中心的安裝高程確定為▽-0.5m。

荊方泵站揚(yáng)程變化范圍較大， 最低揚(yáng)程與設(shè)計(jì)揚(yáng)程相差很大，如水泵葉片一直在設(shè)計(jì)工況角度運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)最低運(yùn)行揚(yáng)程時(shí)，單機(jī)流量將達(dá)到11.5m3/s以上，超過設(shè)計(jì)流量35%，此時(shí)裝置水損為設(shè)計(jì)工況的1.8倍，由于流速過大，機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)將大大增加，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行， 為保證泵站機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行以及流量調(diào)節(jié)的靈活性， 工程采用葉片全調(diào)節(jié)方式。根據(jù)荊方泵站的工程特點(diǎn)，主機(jī)組采用平直管出水流道，水泵出水經(jīng)90°彎管后接入混凝土直管式流道，流道出口接入壓力箱涵，采用拍門斷流，壓力箱涵過堤后出口設(shè)置閘門斷流。

5 結(jié)語

本文通過對蕪湖市荊方泵站工程的水泵選型方案進(jìn)行比選研究， 首先闡述了泵站的選型原則以及對水力模型的適用性進(jìn)行探討， 之后從泵站機(jī)組性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)可靠性方面進(jìn)行系統(tǒng)分析， 最終選擇裝機(jī)6臺(tái)套，單機(jī)設(shè)計(jì)流量為8.5m3/s的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，該方案采用堤后式結(jié)構(gòu)，對防洪大堤及堤頂?shù)缆酚绊戄^小，同時(shí)給出了推薦方案的主要結(jié)構(gòu)形式，即荊方泵站采用立式軸流泵機(jī)組， 按出水形式和支撐方式確定采用整體金屬彎管式， 該形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：無水泵頂蓋，金屬彎管后接出口伸縮節(jié)，泵體采用泵座支腳支撐， 適用于水泵尺寸相對較小的泵站。