鄭 欣

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

引言

水泵選型是泵站工程中的主要工作內(nèi)容，尤其是對于長距離高揚(yáng)程泵站來說，能否合理地完成水泵選型，不僅能夠決定泵站的供水能力能否滿足要求，而且能夠在很大程度上影響泵站的運(yùn)行穩(wěn)定性、運(yùn)行成本、設(shè)備利用率以及工程投資。

1 水泵選型原則

常規(guī)泵站在進(jìn)行水泵選型時主要需要遵循以下原則：應(yīng)該根據(jù)泵站不同時期的供水要求、設(shè)計揚(yáng)程、設(shè)計流量選擇能夠滿足相關(guān)要求的水泵，并且水泵選型還應(yīng)該滿足便于管理維護(hù)、施工簡單的要求；在平均揚(yáng)程的狀態(tài)下，應(yīng)該保證能夠高效運(yùn)行水泵；而在所有運(yùn)行揚(yáng)程內(nèi)，應(yīng)該保證穩(wěn)定、安全的運(yùn)行水泵；在取水水源擁有較多的泥沙時，應(yīng)該采取合理的抗磨性措施保護(hù)水泵；水泵選型對象的模型試驗資料必須準(zhǔn)確、全面，在對國外先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行引進(jìn)的過程中，同樣應(yīng)該保證相關(guān)論證足夠充分[1]。

在長距離高揚(yáng)程泵站中，因為其存在較大的管線起伏、較長的供水線路、較大的管路供水壓力以及較高的泵站揚(yáng)程，所以在水泵選型過程中還需要對以下幾方面的問題進(jìn)行充分考慮：首先，水泵選型對象應(yīng)該能夠使多臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行要求得到滿足，并且在所有運(yùn)行揚(yáng)程范圍內(nèi)都應(yīng)該保證單泵運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。其次，在梯級泵站中，應(yīng)該與上下級泵站間流量搭配要求相結(jié)合，對水泵的臺數(shù)和型號進(jìn)行合理選擇。最后，應(yīng)該保證所有水泵屬于相同型號。當(dāng)在水泵選型中可選擇的泵型較多時，應(yīng)該綜合考慮各種泵型的可靠性、安全性、運(yùn)行費(fèi)用和工程成本等因素，實現(xiàn)水泵選型的最優(yōu)化。在擁有相同條件時，應(yīng)該以臥式離心泵作為優(yōu)先選擇對象。

2 水泵選型步驟

1）與泵站上下游水位特征相結(jié)合，完成泵站上、下游設(shè)計水位的明確，然后在已知條件的基礎(chǔ)上對泵站總揚(yáng)程進(jìn)行合理預(yù)估。

2）綜合考慮泵站的性質(zhì)、揚(yáng)程范圍、流量等方面的因素，完成水泵類型的初選，也就是結(jié)合水泵性能表或水泵綜合型譜，以滿足設(shè)計揚(yáng)程要求為標(biāo)準(zhǔn)，制定幾種擁有不同流量的水泵選型方案。

3）與泵站設(shè)計流量相結(jié)合，明確泵站需要的水泵臺數(shù)。

4）以初步確定的水泵臺數(shù)和型號為基礎(chǔ)，利用供水流量過程線驗證水泵選型方案能否使工程所需的流量變化過程要求得到滿足；并且詳細(xì)地論證各種選型方案的經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能。

5）與選擇的水泵臺數(shù)和型號相結(jié)合，明確泵房的布置尺寸和形式，同時完成布置方案和管路直徑的確定。完成管路損失的計算，并對安裝水泵的高程進(jìn)行明確，在設(shè)計揚(yáng)程下計算效率、流量等參數(shù)。在最高、最低揚(yáng)程下對效率、流量等參數(shù)進(jìn)行復(fù)核[2]。

3 水泵選型應(yīng)注意的問題

在選擇水泵類型方面。水泵主要分為三種類型，分別為軸流泵、混流泵以及離心泵。其中，軸流泵擁有流量大、揚(yáng)程低的特點，所以在擁有15 m以內(nèi)揚(yáng)程要求的泵站中較為適用。而離心泵屬于能夠適應(yīng)大揚(yáng)程變化，并且擁有較寬高效區(qū)范圍的水泵，所以在泵站擁有25 m以上的揚(yáng)程時，正常情況下都會使用離心泵。與前兩者相比，混流泵在揚(yáng)程和流量方面中規(guī)中矩，在泵站擁有6～25 m揚(yáng)程時較為適用。

在選擇水泵臺數(shù)方面。在相同的泵站設(shè)計流量下，擁有越多的水泵臺數(shù)就擁有越大的流量要求適應(yīng)性，當(dāng)有故障在水泵機(jī)組產(chǎn)生時，就能夠在更小程度上影響運(yùn)行。擁有越少的水泵臺數(shù)，就擁有越大的單機(jī)容量，越高的機(jī)電設(shè)備效率，能夠有效地降低管理和維修的難度[3]。

在選擇水泵結(jié)構(gòu)形式方面?，F(xiàn)階段，在泵站中主要存在三種水泵結(jié)構(gòu)形式，分別為斜式、立式以及臥式。正常情況下，與立式泵相比，臥式泵明顯擁有更低的安裝精度要求，同時后續(xù)的維修工作也非常方便，在水源水位差異較小的泵站較為適用。立式水泵只需要較小的泵房尺寸，大多情況下水泵葉輪都處于水下位置，能夠直接啟動，同時會在上層安裝電動機(jī)，擁有非常好的通風(fēng)防潮效果，但是同時也具有非常高的安裝精度要求，決定其擁有較大的檢修難度，所以，在水源水位差異較大的泵站較為適用。斜式水泵綜合了其它兩者的優(yōu)缺點，在擁有較低揚(yáng)程、較小水源水位差異的泵站中較為適用。

4 工程實例

4.1 工程概況

該泵站的擁有2.4 m3/s設(shè)計灌溉流量，其水位特性如表1所示，灌溉流量和揚(yáng)程如表2所示。各凈揚(yáng)程工況下?lián)p失的灌溉系統(tǒng)水利和凈揚(yáng)程的和為水泵選型需要滿足的揚(yáng)程要求，所以水泵選型需要滿足表2中的揚(yáng)程需求。

表1 泵站水位特征 m

表2 泵站灌溉流量和揚(yáng)程

該泵站需要利用6 km的地下輸水管道完成抽水，并且需要向主干渠運(yùn)送水。管道進(jìn)出水口擁有36.1 m的水位落差，滿足長距離高揚(yáng)程的工況條件，在很大程度上增加了水泵選型的難度。

4.2 水泵選型

4.2.1 選擇水泵臺數(shù)

正常情況下，當(dāng)泵站擁有4 m3/s以內(nèi)的流量時，可以安裝水泵2臺，當(dāng)擁有4 m3/s以上的流量時，選擇的水泵應(yīng)該在3臺以上。對于灌溉和給水泵站來說，當(dāng)其擁有1 m3/s以內(nèi)的流量時，可以使用水泵2臺，當(dāng)在1 m3/s以上時，可以使用水泵3臺以上。針對梯級泵站，還可以與實際需求相結(jié)合，選配調(diào)節(jié)流量的泵組1～3臺，從而保證不同的流量變化得到有效適應(yīng)。另外，還應(yīng)該綜合考慮各個泵站的實際情況，確定其是否需要完成備用機(jī)組的配備。對于較為重要且需要較長運(yùn)行時間的泵站，應(yīng)該完成備用機(jī)組的配備。而對于只存在較短運(yùn)行時間的泵站，在檢修和維護(hù)要求能夠滿足的情況下，可以不進(jìn)行備用機(jī)組的設(shè)置。

該泵站的主要目的就是灌溉某縣3.4萬畝農(nóng)田。泵站擁有2.4 m3/s的設(shè)計流量，由于水泵擁有相同型號時運(yùn)行能夠更加有效、安全，且方面檢修、維護(hù)以及安裝，所以在水泵組合方案中水泵選擇相同型號。

與泵站的實際情況相結(jié)合，泵站不應(yīng)選擇過多的水泵臺數(shù)，進(jìn)行初步預(yù)算，若是裝4臺及以上水泵，因為選擇較大尺寸的泵型，不但會提升廠房建設(shè)成本，還會降低機(jī)電設(shè)備的效率，但泵站也應(yīng)該保證2臺以上的水泵。灌溉是該泵站的主要作用，存在較短的灌溉時間，所以，與泵站設(shè)計規(guī)定規(guī)范相結(jié)合，可以不進(jìn)行備用泵的設(shè)置，所以在選擇方案時只必選裝置2臺和3臺的方案，比較泵型為中開泵。具體比選結(jié)果如下：第一，在技術(shù)方面，兩種方案擁有相近的水泵效率，若是選擇裝置3臺水泵，電動機(jī)會擁有相對較大的總裝機(jī)容量，但是差異較??；其只具有較小的設(shè)備重量和單機(jī)容量。通過比較分析可知，裝配3臺水泵能夠更加靈活的運(yùn)行，可以使用小流量開機(jī)的方式應(yīng)對灌區(qū)需水量較小的情況，只需要較小的耗電量。第二，在工程成本方面，裝置2臺水泵需要的控制設(shè)備少了一套，只需要較小的廠房布置尺寸，裝置3臺水泵雖然需要更多控制設(shè)備和土建施工，但是其卻擁有較少的總投資。詳情見表3。

表3 水泵臺數(shù)比較

通過比較上述各方案，對泵站運(yùn)行管理、維修等因素進(jìn)行考慮，與灌區(qū)用水需求相結(jié)合，初步擬定選用3臺水泵的方案。

4.2.2 選擇水泵形式

與上文中選擇水泵類型方面的介紹內(nèi)容相結(jié)合，該泵站需要達(dá)到31.8～36.1 m的凈揚(yáng)程范圍，經(jīng)過計算需要水泵擁有39.17～43.47 m的總揚(yáng)程范圍，對于混流泵和軸流泵來說要求較高，而離心泵擁有較高的揚(yáng)程適應(yīng)能力，能夠使該站的揚(yáng)程范圍要求得到較好的滿足。該站擁有2.4 m3/s的設(shè)計流量，與相關(guān)的泵站設(shè)計規(guī)范和灌區(qū)實際情況相結(jié)合，不需要進(jìn)行備用泵設(shè)置，使該站水泵選型的特點得到進(jìn)一步凸顯，如高水泵揚(yáng)程、長距離管道輸水、大單機(jī)流量。

通過上述分析，初步擬定選擇機(jī)型為單級雙吸式離心泵，這種水泵的優(yōu)勢是擁有平穩(wěn)的水流壓力、高揚(yáng)程大。該泵的泵體和泵蓋之間為水平中開式連接縫，所以也叫做中開泵。在后續(xù)檢修的過程中無需進(jìn)行管路和電動機(jī)的拆卸，只要將泵蓋打開就可以完成操作。所以方便操作，易于維修，擁有較低的遠(yuǎn)距離和自動化操作難度。這種水泵能夠直接連接汽輪機(jī)或者電機(jī)，擁有緊湊簡單的傳動機(jī)構(gòu)，相比于其他水泵類型，其擁有運(yùn)行成本低、效率高、檢修方便、運(yùn)行周期長的特點。

4.2.3 校核水泵工況點

校核水泵工作點，目的是明確不同揚(yáng)程下水泵的運(yùn)行工作點，檢查水泵運(yùn)行的高效區(qū)范圍，確定其是否能夠使設(shè)計要求得到滿足。在分析水泵工作點時，應(yīng)該充分考慮以下內(nèi)容：在設(shè)計揚(yáng)程下，水泵的流量能否使設(shè)計要求得到滿足，水泵應(yīng)該在高效區(qū)存在工作點；在最高和最低揚(yáng)程下，軸流泵和離心泵在應(yīng)該注意是否有汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，考慮其是否會影響動力機(jī)負(fù)荷[4]。

在最高揚(yáng)程和設(shè)計揚(yáng)程下，水泵擁有9504 m3/h流量，能夠使設(shè)計要求得到滿足，并且水泵工作點擁有超過80%的效率，屬于高效率區(qū)。在最低揚(yáng)程下，水泵運(yùn)行擁有5.3 m的吸出高度，560 kW的電動機(jī)功率，能夠使泵站的各項需求得到滿足。最終該泵站選定了SLOW500-710C型號的單級雙吸臥式離心泵3臺。

5 結(jié)語

相關(guān)人員必須結(jié)合工程實際情況開展長距離高揚(yáng)程泵站水泵選型工作，與各種工況相結(jié)合合理進(jìn)行臺數(shù)以及泵型的選擇，不但能夠提升泵站選型配套的合理化，還能夠使泵站裝置效率得到提升。