嚴(yán) 莉，鐘海強(qiáng)

（鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫灌溉管理處，陜西 寶雞 721400）

1 東風(fēng)一級(jí)泵站概況

鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫是一座以灌溉為主的中型水庫，1969年興建，1972年受益。樞紐工程由東風(fēng)水庫和東風(fēng)抽水站組成，東風(fēng)水庫灌區(qū)一級(jí)泵站位于鳳翔縣彪角鎮(zhèn)三岔村西北方向，以東風(fēng)水庫為灌溉水源的臨庫式泵站，泵站建于20 世紀(jì)70年代，至今已運(yùn)行50年左右。受當(dāng)時(shí)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)條件的限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，自泵站投入運(yùn)行以來，由于維修資金匱乏，工程設(shè)施、機(jī)電設(shè)備維修管護(hù)不到位，各泵站建筑物和機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)均存在不同程度的安全隱患，導(dǎo)致灌溉效率逐年下降，從而影響整個(gè)泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全生產(chǎn)工作。根據(jù)灌區(qū)改造項(xiàng)目總體安排及資金計(jì)劃，急需對東風(fēng)水庫一級(jí)泵站進(jìn)行更新改造，本次重點(diǎn)對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行更新改造。

東風(fēng)抽水灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積3.32 萬畝，東風(fēng)一級(jí)泵站灌溉面積1.37 萬畝，水泵機(jī)組三臺(tái)，生產(chǎn)日期1969年，總裝機(jī)660 kW，揚(yáng)程25.7 m，設(shè)計(jì)總流量1.91 m3/s，其中一臺(tái)小泵流量為0.3 m3/s，型號(hào)為14sh-19A，配套電機(jī)為JO2-93A，另外兩臺(tái)型號(hào)為24sh-19A，單泵流量為0.805 m3/s，配套電機(jī)為Y400-43-6。

主廠房箱型干式泵房，建筑面積234 m2，電氣副廠房為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積9 m2；生產(chǎn)管理房11 間，為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積198 m2。壓力管道為單泵單管道輸水，管徑600 mm，共布置壓力管道3 條，單根總長89m，鋼管段總長37 m，預(yù)應(yīng)力承插式鋼筋砼管段長52 m，布置鎮(zhèn)墩5 座；出水池為矩形漿砌石結(jié)構(gòu)，池深3 m，長8 m，寬6 m，采用拍門斷流。泵站設(shè)進(jìn)水閘房1 座，安裝進(jìn)水閘閥2 臺(tái)，廠房內(nèi)安裝單梁橋式起重機(jī)1 臺(tái)，起吊噸位5噸。排水泵1 臺(tái)，功率1.2 kW。

泵站供電由紙坊變電所引出10 kV 線路，長10 km。在泵站主廠房左側(cè)設(shè)10kV 變電站，安裝1 臺(tái)S7-1000 kVA/10 變壓器，1 臺(tái)S7-180kVA/10 變壓器，站用變壓器容量30 kVA。

2 東風(fēng)一級(jí)泵站機(jī)電設(shè)備存在問題

根據(jù)鳳翔縣東風(fēng)水庫灌區(qū)泵站《現(xiàn)狀調(diào)查分析報(bào)告》《現(xiàn)場安全檢測報(bào)告》《工程復(fù)核計(jì)算分析報(bào)告》《安全鑒定報(bào)告書》，一級(jí)泵站機(jī)電設(shè)備存在問題如下。

（1）主水泵

現(xiàn)場查閱泵站運(yùn)行資料，結(jié)合泵站檢修記錄及現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告，主水泵運(yùn)行時(shí)間長，長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中，運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、噪聲大，且1#水泵聯(lián)軸器破損嚴(yán)重。

泵體：水泵外殼油漆部分脫落。過流部件：主水泵葉片、泵殼等過流部件汽蝕、磨損嚴(yán)重，水泵葉片平均磨蝕深度2.2 mm，泵殼平均磨蝕深度2.4 mm。軸承、填料函：因運(yùn)行時(shí)間長，軸承磨損、軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴(yán)重、漏油嚴(yán)重，運(yùn)行時(shí)軸溫偏高，并多次更換軸承；水泵軸磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致填料函密封不良、漏水嚴(yán)重，水力損失增大，影響水泵機(jī)組安全運(yùn)行。

主水泵運(yùn)行時(shí)間長達(dá)40 多年，長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中，外殼油漆部分脫落，軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴(yán)重、漏油嚴(yán)重，過流部件汽蝕嚴(yán)重，水力損失、機(jī)械損失增大，導(dǎo)致出流偏小，部分配件經(jīng)多次更換，運(yùn)行中仍存在振動(dòng)、噪聲大，軸溫偏高，水泵整體技術(shù)狀態(tài)差，存在嚴(yán)重的安全隱患，不能滿足泵站安全運(yùn)行要求。

（2）主電動(dòng)機(jī)

現(xiàn)場查閱泵站運(yùn)行資料，結(jié)合泵站檢修記錄及現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告，主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長，且長期處于陰暗潮濕的壞境中，繞組絕緣老化嚴(yán)重，運(yùn)行中振動(dòng)、噪聲大，軸承溫度偏高。

主電動(dòng)機(jī)外觀基本完好，定子線圈端部綁扎及定子鐵心槽楔有松動(dòng)現(xiàn)象。絕緣電阻：根據(jù)規(guī)范要求抽樣檢測1#電動(dòng)機(jī)，絕緣電阻符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 596-1996）5.4.1條中要求。直流電阻：根據(jù)規(guī)范要求抽樣檢測1#電動(dòng)機(jī)，定子繞組直流電阻不符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 596-1996）5.4.1 條中要求。

主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長達(dá)30年，且長期處于陰暗潮濕的環(huán)境中，繞組絕緣老化嚴(yán)重，安全性能差，部分配件經(jīng)多次更換，運(yùn)行中仍存在振動(dòng)、噪聲大，軸承溫度偏高，電氣性能檢測部分參數(shù)不符合規(guī)程要求，電動(dòng)機(jī)整體技術(shù)狀態(tài)差，存在影響安全運(yùn)行的重大缺陷和事故隱患，不能滿足泵站安全運(yùn)行要求。

為此，鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫灌溉管理處、陜西省泵（電）站檢測調(diào)試中心、陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院對東風(fēng)水庫灌區(qū)泵站進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、工程復(fù)核計(jì)算分析。2017年3 月，寶雞市水利局主持召開了安全鑒定評審會(huì)，結(jié)論為：泵站建筑物評定為四類、泵站機(jī)電設(shè)備評定為四類、泵站金屬結(jié)構(gòu)評定為四類，泵站綜合評定為四類；建議盡早納入中型泵站更新改造項(xiàng)目。本文僅對東風(fēng)一級(jí)泵站更新改造項(xiàng)目中水泵機(jī)組選型方案進(jìn)行比選分析。

3 水泵設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

（1）輸水設(shè)計(jì)流量

依據(jù)灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模，泵站設(shè)計(jì)流量采用原泵站設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)總流量為1.91 m3/s。

（2）泵站凈揚(yáng)程H

東風(fēng)水庫設(shè)計(jì)總庫容1550 萬m3，興利庫容845 萬m3，死庫容155 萬m3。校核洪水位為751.1 m，正常蓄水位高程為749.4 m，死水位高程為740.3 m，水泵選型設(shè)計(jì)水位取興利庫容與死庫容間的加權(quán)平均高程。

表1 東風(fēng)水庫水位-庫容曲線表

依據(jù)東風(fēng)水庫水位-庫容曲線表及測量圖，水泵選型揚(yáng)程選擇如下：

H設(shè)計(jì)=630339/845=745.96 m；H最低取741.6 m（依據(jù)現(xiàn)狀地形高程取值）；H最高取749.4 m（正常蓄水位）。

揚(yáng)程H=管道出口水面高程－管道進(jìn)口最低水面高程

設(shè)計(jì)水位高程=762.9 m-747.99 m=14.91 m

最高水位高程=762.9 m-749.4 m（溢洪道頂高程）=13.5 m

最低水位高程=762.9 m-740.3 m（死水位高程）=22.6 m

表2 東風(fēng)灌區(qū)一級(jí)泵站更新改造前后設(shè)計(jì)水位及揚(yáng)程表

4 水泵機(jī)組選型方案初擬

東風(fēng)水庫一級(jí)泵站設(shè)計(jì)灌溉面積3.32 萬畝，本級(jí)灌溉面積1.37 萬畝，原機(jī)組總裝機(jī)功率660 kw，揚(yáng)程25.7 m，設(shè)計(jì)總流量1.91 m3/s，其中一臺(tái)小泵流量為0.3 m3/s，型號(hào)為14 sh-19A，配套電機(jī)為JO2-93A，另外兩臺(tái)型號(hào)為24 sh-19A，單泵流量為0.805 m3/s，配套電機(jī)為Y400-43-6。

考慮不同灌溉時(shí)節(jié)需要的灌溉流量不同，水泵選型初擬兩種不同方案，方案一采用三臺(tái)同型號(hào)水泵進(jìn)行灌溉；設(shè)計(jì)方案二采用兩臺(tái)大流量，一臺(tái)小流量，兩大一小三臺(tái)水泵進(jìn)行灌溉。由于水泵出水管長度不足100 m，兩方案均采用單機(jī)單管的運(yùn)行方式。

方案一：三臺(tái)同型號(hào)水泵機(jī)組運(yùn)行方案

根據(jù)設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)揚(yáng)程的要求，設(shè)計(jì)方案一選用三臺(tái)S600-24N/6A型單級(jí)雙吸臥式離心泵，水泵性能參數(shù)見表3。

表3 S600-24N/6A 水泵性能參數(shù)

方案二：兩大一小不同型號(hào)水泵機(jī)組運(yùn)行方案

根據(jù)設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)揚(yáng)程的要求，設(shè)計(jì)方案二選用2 臺(tái)S600-24N/6型和1 臺(tái)S400-21/4C型單級(jí)雙吸臥式離心泵，水泵性能參數(shù)見表4～表5。

表4 S600-24N/6(大泵)水泵性能參數(shù)

表5 S400-21/4C(小泵)水泵性能參數(shù)

5 水泵機(jī)組選型方案比選

考慮不同灌溉時(shí)節(jié)需要的灌溉流量不同，設(shè)計(jì)方案一采用三臺(tái)同型號(hào)水泵進(jìn)行灌溉，設(shè)計(jì)方案二采用兩臺(tái)大流量，一臺(tái)小流量，共計(jì)3 臺(tái)水泵進(jìn)行灌溉，兩方案均采用單機(jī)單管的運(yùn)行方式，兩種方案比較見表6～表7。

表6 水泵方案對比表1

表7 水泵方案對比表2

比較兩種方案可知，方案一和方案二在流量上差異不大，皆能滿足設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程的需要，但方案二裝置效率較方案一低，能源單耗高，且方案一的同型號(hào)三臺(tái)水泵運(yùn)行管理方便，故本次推薦方案一，水泵性能見表8。

表8 東風(fēng)灌區(qū)一級(jí)站推薦水泵（S600-24N/6A）性能表

6 電動(dòng)機(jī)選型

根據(jù)水泵單泵單管運(yùn)行工況分析計(jì)算，水泵機(jī)組軸功率最大為174.4 kW，故水泵設(shè)計(jì)選用異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YE3 355M2-6，設(shè)計(jì)功率為200kW，其防護(hù)等級(jí)為IP44型，技術(shù)參數(shù)見表9。

表9 東風(fēng)灌區(qū)一級(jí)站推薦水泵配套電動(dòng)機(jī)性能表

7 真空泵選型

設(shè)計(jì)3 臺(tái)水泵安裝在最低運(yùn)行水位以上，水泵的充水采用真空系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。真空泵的排氣量采用下式計(jì)算：

式中:Q 為泵組需要排出的空氣量,m3/min；Ha為泵站所在地相應(yīng)的大氣壓的水頭，Ha=9.46 m；W 為最大一臺(tái)水泵出水側(cè)電動(dòng)蝶閥以前管道以及水泵殼體內(nèi)的體積，經(jīng)計(jì)算W=9.9 m3；K 為備用系數(shù)，K=1.1；T 為主泵啟動(dòng)時(shí)間，T=3 min；hB為前池最低水位時(shí)的幾何吸水高度，hB=1.14 m。

經(jīng)計(jì)算，Q=4.13 m3/min。

設(shè)計(jì)選用SK-3 真空泵兩臺(tái)，一用一備，該泵排氣量5.3 m3/min，配套電動(dòng)機(jī)功率11 kW。兩臺(tái)真空泵布設(shè)在主廠房檢修間一側(cè)。主管道采用鍍鋅鋼管管徑Dg65 mm 通向每臺(tái)水泵的支管采用Dg25 mm。

8 結(jié)語

東風(fēng)水庫灌區(qū)一級(jí)泵站存在嚴(yán)重的安全隱患，不能滿足泵站安全運(yùn)行要求，泵站機(jī)電設(shè)備安全鑒定評定為四類，急需對泵站機(jī)組進(jìn)行更新改造。通過對三臺(tái)同型號(hào)和兩大一小不同型號(hào)單級(jí)雙吸臥式離心泵兩種方案進(jìn)行對比分析，在同時(shí)滿足設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程需要時(shí)，兩大一小不同型號(hào)水泵比三臺(tái)同型號(hào)水泵的裝置效率較低，能源單耗高，且三臺(tái)同型號(hào)水泵運(yùn)行管理方便，故東風(fēng)灌區(qū)一級(jí)站泵站機(jī)組更新改造推薦三臺(tái)同型號(hào)單級(jí)雙吸臥式離心泵方案，極大提高了水泵機(jī)組的效率，降低了能源單耗，使泵站的運(yùn)行管理更為方便和高效。