| 标题 | 遥观南枢纽泵站工程水泵机组选型 |
| 范文 | 周伟 丁军 基金项目:“十一五”国家科技支撑项目（2006BAB04A03）;江苏省水利科技项目（2010062） 作者简介:周伟（1970玻,女,江苏靖江人,高级工程师,主要从事泵站工程设计与研究。E瞞ail:103094388@qq.comDOI：10.13476/j.cnki.nsbdqk.2014.04.023 摘要：遥观南枢纽泵站工程是新沟河延伸拓浚工程的干河枢纽工程之一，其主要任务是抽排武进港地区的水入京杭大运河，兼顾排涝。该泵站设计净扬程仅为0.7 m，属超低扬程泵站。根据已建泵站工程模型泵装置试验成果，从水力性能、工程投资、施工和运行管理等方面进行综合比较，选用了已在溧阳新村枢纽成功应用的贯流泵水力模型。考虑到该泵站的最大扬程接近设计扬程的3倍，还对电机定速和调速方案进行了投资及运行成本比较，发现调速方案机泵投资较大，但运行成本的降低并不显著，因此最终采用定速方案。 关键词：泵站；特低扬程；水泵机组选型；遥观南枢纽 中图分类号：TV675文献标志码：A文章编号：16721683（2014）04010704 Research on the Pump Set Selection of Yaoguannan Key Pumping Station Project ZHOU Wei,DING Jun (Jiangsu Surveying and Design Institute of Water Resources Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,China) Abstract:Yaoguannan pumping station is one of the key projects in the Xingouhe extension and widening project,and its main task is to pump water from the Wujing Port area to the Bejing睭angzhou Grand Canal and to storm drainage as well.The design pump head of the pumping station is extra瞝ow,which is only 0.7 m.Based on the test results of model pump system from the constructed pump station projects and the comparisons from the perspectives of hydraulic performance,engineering investment,construction,and operation management,the tubular pump model that has been successfully adopted in the Liyangxincun pumping station was selected for the Yaoguannan pumping station.Due to that the maximum pump head is about 3 times of the design head,the investment and operation costs for the Yaoguannan pumping station were analyzed between two design schemes of fixed and adjustable motor speeds.The investment for the pump set was much larger but the effect in lowering operation cost was not obvious for the scheme of adjustable motor speed,thus the fixed speed scheme was selected finally. Key words:pumping station;extra瞝ow pump head;pump set selection;Yaoguannan key project 作为泵站工程设计中的重要问题，水泵选型时应该满足一定设计标准内供排水要求；在运行中效率高，空化性能良好等要求［1］。水泵选型的合理性直接关系到泵站工程的投资、建成后的运行和维护成本［23］。 遥观南枢纽工程是新沟河延伸拓浚工程的干河枢纽工程之一，其中泵站工程的主要任务是排武进港地区的水入运河，兼顾排涝。泵站工程年运行小时数在3 000 h左右，设计流量为60 m3/s。遥观南枢纽泵站排水入运河时，设计扬程仅为0.7 m，属于特低扬程泵站，但最大扬程达到1.97 m，接近设计扬程的3倍，给水泵机组选型带来了极大的困难［46］。本文根据遥观南枢纽泵站工程的扬程特点，通过对竖井贯流泵、潜水贯流泵和轴伸贯流泵三种不同的贯流泵装置方案进行技术经济比较，并对双速电机方案进行了分析与讨论，以此开展水泵机组选型研究。 1水泵形式的选择 遥观南泵站属于特低扬程泵站，立式泵很难在如此低的设计扬程下获得较高的效率并且其电机功率大、运行费用高，因此采用装置效率相对较高且开挖深度小、结构简单、便于管理的卧式机组装置型式［7］。 竖井贯流式机组是将电动机和齿轮箱布置在流线型的竖井中，与安装在流道中水泵相联接，竖井的尺寸根据电动机和齿轮箱的结构尺寸确定，机组结构简单，密封止水要求不高，维护方便；潜水贯流式机组的水泵转轮、后导叶、齿轮箱、电机连为一体直接布置在流道中，整体吊装，安装方便，但设备可靠性要求高、密封止水要求高；轴伸贯流式机组包括平面轴伸贯流式和立面轴伸贯流式两种型式，分别采用平面“S”型流道和立面“S”型流道，轴伸贯流式机组装置的进出水流道都有弯头，不同程度地增加了流道的水力损失，影响装置的水力性能［89］。因此，从机组布置、工程造价、装置效率、安装检修等方面综合考虑，竖井贯流式机组比较适合本工程。 2水力模型的选择 近年来，在苏南地区不少城市防洪项目中的泵站工程均采用了竖井贯流泵型式，部分泵站还进行了水泵装置模型试验，见表1。对于类似的大型泵站工程建设，可直接采用已有模型泵装置性能曲线进行水力性能的分析与比较，并借助水泵相似律，计算水泵叶轮直径和转速，确定对应于装置特征扬程的流量和效率，开展水泵选型，而不再完全依赖泵段模型性能曲线。 表1贯流泵应用典型案例 Table 1Typical application cases of tubular pumps 案 例已建贯流 泵站名称设计净 扬程/m最大净 扬程/m单机设计流 量/(m3·s1)模型试验 地点1无锡梅梁湖泵站1.151.8210.00河海大学2张家港枢纽泵站1.472.1117.24河海大学3溧阳新村枢纽泵站1.242.7015.00扬州大学图1为表1所列3种已建泵站案例的模型泵装置性能曲线。由于案例1始建于2003年，相对较早，在贯流泵站设计方面可参考的经验较少，模型泵装置最高效率仅为66%，而案例2和案例3对应的模型泵装置最高效率较高，分别达78%、79%。所以只选择最高效率相对较高的案例2和案例3，进行对比分析。图1三种案例对应的模型泵装置性能曲线 Fig.1Performance curves of model pump system corresponding to 3 cases((a) Case 1;(b) Case 2;(c) Case 3)3机组台数的选择 根据遥观南枢纽泵站工程性质、运行水位和主要技术要求，进行两个方案的比较。方案一：4台机组，单机流量15 m3/s；方案二：6台机组，单机流量10 m3/s。2种机组台数方案，对应2套模型泵装置性能，因此有4种水泵选型结果供选择。 3.1方案一的机组选型比较 根据遥观南枢纽泵站工程运行水位情况，选用案例2张家港枢纽泵站和案例3溧阳新村枢纽泵站竖井贯流泵模型装置性能曲线进行比较。按照案例2泵站模型装置性能曲线换算，选用叶轮直径D=2.50 m，转速n=100 r/min，遥观南枢纽泵站真机装置性能曲线见图2(a)；按照案例3泵站模型装置性能曲线换算，选用叶轮直径D=2.52 m，转速n=100 r/min，遥观南枢纽泵站真机装置性能曲线见图2(b)。不同工况下的遥观南枢纽泵站装置性能对比见表2。可以看出，采用方案一时，在所有特征扬程下，选择案例3泵站水力模型可获得较高的装置效率。 表2遥观南枢纽泵站真机性能参数对比(方案一) Table 2Comparison of prototype pump system parameters of Yaoguannan pumping station (Scheme 1) 泵站 特性扬程 /m案例2泵站水力模型 (D=2.5 m，n=100 r/min)案例3泵站水力模型 (D=2.52 m，n=100 r/min)叶片 角(°)流量 Q/(m3·s1)效率 (%)叶片 角(°)流量 Q/(m3·s1)效率 (%)排水 入运河排涝0.70015.1469.3015.1273.01.9708.8762.509.1968.51.8509.7268.0010.0273.3图2遥观南枢纽泵站真机装置性能曲线(方案一) Fig.2Performance curves of prototype pump system of Yaoguannan pumping station (Scheme 1) 3.2方案二的机组选型比较 根据遥观南枢纽泵站工程运行水位情况，选用案例2张家港枢纽泵站和案例3溧阳新村枢纽泵站竖井贯流泵模型装置性能曲线进行比较。按照案例2泵站模型装置性能曲线换算，选用叶轮直径D=2.05 m，转速n=122 r/min，遥观南枢纽泵站真机装置性能曲线见图3(a)；按照案例3溧阳新村枢纽泵站模型装置性能曲线换算，选用叶轮直径D=2.05 m，转速n=124 r/min，遥观南枢纽泵站真机装置性能曲线见图3(b)。不同工况下的遥观南枢纽泵站装置性能对比见表3。可以看出，采用方案二时，在所有特征扬程下，选择案例3泵站水力模型同样可获得较高的装置效率。 图3遥观南枢纽泵站真机装置性能曲线(方案二) Fig.3Performance curves of prototype pump system of Yaoguannan pumping station (Scheme 2) 表3两种水力模型的真机性能参数对比(方案二) Table 3Comparison of prototype pump system parameters between two hydraulic models of (Scheme 2) 泵站 特性扬程 /m案例2泵站水力模型 (D=2.05 m，n=122 r/min)案例3泵站水力模型 (D=2.05 m，n=124 r/min)叶片 角(°)流量 Q/(m3·s1)效率 (%)叶片 角(°)流量 Q/(m3·s1)效率 (%)排水入 运河排涝0.70010.1969.4010.1272.41.9705.9762.506.370.01.8506.5468.006.8374.43.3两种水泵选型方案工程造价比较 表4给出了两种选型方案下，遥观南枢纽泵站建设中可比部分的技术参数、工程量和造价。前已述及，两种机组选型方案在特征扬程下，选择案例3泵站水力模型可获得较高的装置效率。但是表4显示，方案一比方案二的工程投资节省180万元。因此无论从经济性角度，还是从管理（机组台数少更便于管理）角度出发，遥观南枢纽泵站最终采用的是：方案一的四台机组方案和案例3的泵站水力模型。 4定速与调速运行方案的比较 遥观南枢纽泵站的最大扬程接近设计扬程的3倍。案例3对应的模型泵装置最高效率达到79%，但遥观南枢纽泵站在设计扬程下的效率仅为73.0%，若水泵长期偏离高效区运行，不利于泵站经济运行和工程效益的发挥。如果要满足设计扬程工况时水泵运行在高效区，最大扬程工况时会落入水泵性能曲线的“马鞍区”，这时水泵运行极不稳定，危及水泵机 表4两种选型方案遥观南枢纽泵站工程造价比较 Table 4Comparison of construction costs between two design schemes of Yaoguannan pumping station 序号项目方案一(4台)方案二(6台)1主设备总价852万元855万元2泵房土建 工程量土方工程：16 256 m3 砼及钢筋砼：5 240 m3土方工程：14 861 m3 砼及钢筋砼：6 502 m33泵房土建 工程造价674万元832万元4金属结构 工程量闸门、拦污栅及埋件 220 t，清污机8台套， 液压启闭机8台套闸门、拦污栅及埋件 235 t，清污机8台套， 液压启闭机 12台套5金属结构 工程造价856万元875万元6可比部分 工程造价2 382万元2 562万元注：相同部分的参数及造价未列入。 组的安全运行。若兼顾设计扬程下高效与满足最大扬程下安全运行，必须进行水泵工况调节［1011］。 按照溧阳新村枢纽泵站竖井贯流泵装置模型试验成果，进行遥观南枢纽泵站原型装置性能曲线换算，叶轮直径为270 m，转速为85 r/min，在排水工况设计扬程07 m下，满足泵站设计流量15 m3/s要求，水泵效率达772%，但泵站最大扬程已超过水泵正常运行范围，水泵无法工作。因此，在最大扬程工况下水泵需增速运行。在保持水泵叶轮直径不变的情况下，将水泵转速由85 r/min提高到106 r/min，满足了最大扬程工况下水泵安全稳定运行的要求。 表5定速与调速方案主要设计参数与投资比较 Table 5Comparison of main design parameters and investment between schemes of fixed and adjustable speeds 项目定速方案调速方案(双速电机)叶轮直径/mm2 5202 700水泵转速/(r·min1)10085～106电机功率/kW400450电机转速/(r·min1)742742，595齿轮箱速比7.427.04台套机电投资/万元852988年运行3000 h耗电量/(万kW·h)170.4163.2年运行电费/万元85.281.6表5给出了定速与调速方案主要设计参数与投资比较。从表5看出，双速电机方案最大的优点是兼顾了实现设计工况高效运行与最大扬程下安全运行的要求，但调速方案机电设备投资增加了136万元，尚不包括电机尺寸增大引起的土建投资变化，且年运行3 000 h耗电量相差72 万kW·h，假定电费按05元/(kW·h)计算，调速方案年节省电费36万元/年，优势并不突出，因此最终仍选择了定速方案。 5结论 （1） 遥观南枢纽泵站设计扬程仅为07 m，属特低扬程泵站，根据多方面的比较和分析，选择了竖井贯流泵机组，具有结构简单、密封止水要求低、运行维护方便的优点。 （2） 通过技术经济比较，遥观南枢纽泵站采用了溧阳新村枢纽泵站所用的水力模型，可获得较高的装置效率；选择了4台叶轮直径252 m、转速100 r/min的竖井贯流泵方案，工程投资较为节省。 （3） 调速运行方案的机电设备投资较大,降低运行费用的优势并不明显，所以遥观南枢纽泵站最终采用定速方案。 参考文献（References）： 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