大型泵站机组的选型设计

大型泵站机组的选型设计

匡成华

一、工程概况

八里河是国家AAAAA级旅游景区，环保“全球500佳”，地处安徽省颍上县，南临淮水，东濒颍河。八里河下游沿岸地势低洼，而外河水位（颍河）较高，导致当地降雨形成的内水无法外排，形成“关门淹”。为减轻八里河流域洪涝灾害，新建八里河泵站，汛期抽排内水，降低八里河高水位，并缩短高水位持续时间。

二、八里河泵站结构布置及泵型选择

1.工程规划条件

八里河泵站位于八里河与颍河交汇处八里河闸左侧。该站的主要功能分为排湖，即抽排八里河湖区洪水；排圩，即抽排曹池沟涝水，并兼顾枯水期八里河流域周边农田用水和八里河景观用水需求反向补水。泵站具有抽排和反向补水功能，排涝标准为20年一遇，设计抽排流量为60m3/s，补水流量为16.5m3/s。工程等别均为Ⅱ等，大（2）型工程，主要建筑物级别均为2级。规划设计参数见表1。

2.泵站泵型的选择

八里河泵站三种工况设计净扬程分别为 4.1m、4.2m、4.7m，最高净扬程为5.3m、7.16m，泵站为低扬程大流量泵站，综合比较采用轴流泵较为合适。轴流泵可分为常规立式轴流泵和潜水轴流泵。潜水轴流泵电机与水泵构成一体，结构紧凑，在安装及机组运行等方面具有常规轴流泵无可比拟的优点。但潜水轴流泵解体维修需返厂进行，给运行管理带来不便；单从土建结构方面而言潜水轴流可以省去上部厂房，土建投资较常规轴流泵节约；但大型潜水泵由于电机挤在流道中，装置效率相对略低，总装置效率比具有良好进出水流道的轴流泵低约2%。考虑到常规轴流泵应用广泛，装置效率较高，运行维护方便，该站采用常规立式轴流泵。由于八里河泵站运行工况较多，除了排湖、排圩以外还需要反向引水，流量变化较大，单一泵型难以满足泵站各工况的运行，故采用大小机组搭配的形式。

3.泵站台数的选择

根据泵站排圩和反向引水的需要，小机组选择3台1400ZLB5-5型轴流泵。大机组参考南水北调工程TJ04-ZL-19水泵模型，初步拟定2台、3台和4台机方案。选用三种方案进行比较见表2。

由表2比较结果来看，各种比较情况如下：

（1）性能方面：三方案的效率相当。

（2）ND值：方案二的值最小，表明方案二的气蚀性最好。

（3）土建投资：泵站有不同机型，为方便施工泵站不同机组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决定，底板高程一致，两方案土建开挖深度相当，但方案二主厂房长度较短，因此土建投资方案二小于方案三。方案一由于叶轮直径较大，肘形流道高度和叶轮的淹没深度值皆较大，因此方案一的土建开挖较深，但主厂房长度较短，土建投资方案一略大于方案二。

综合考虑方案二机组气蚀性能较好，土建和设备投资较省，因此推荐选用方案二，即3台1900ZLB和3台1400ZLB5-5型水泵。

4.工程总体布置

八里河泵站采用堤后式，排涝分为排湖和排圩，排湖为排八里河洪水，排圩为排圩区曹池沟洪水。在排湖和排圩引水渠末端分别设置排湖闸和排圩闸。在排湖、排圩二向水系交汇处设置前池，始端分别与排湖闸和排圩闸相连接，末端与站身连接。站身6台机组在平面上呈一列式布置，考虑抽排水流流态，大机组布置在泵站左侧（靠近排圩闸侧），采用肘型进水流道，流道进口设置简易拦污栅、检修闸门，出口设置事故快速闸门和拍门。小机组布置在站身右侧，采用透空式，并作为引水通道，流道进口设置简易拦污栅、出口设置拍门。站身出水侧设压力水箱，在平面上呈梯形布置，末端与排灌控制段相接。压力水箱底层为引水通道，上层为抽排水流通道。压力水箱上层流道右侧布置引水涵洞，通至八里河闸上游。排灌控制段为钢筋混凝土双层箱型结构，靠出水侧设排灌控制闸门，在不同工况下通过控制闸门控制抽排或引水。控制段后接出水涵洞，出口设置防洪工作闸门。

三、几点设计体会

（1）八里河泵站根据其功能和排涝要求，参考类似泵站，采用大小机组组合的形式，满足不同工况排涝条件下不同流量的要求。

（2）在不同型号组成的泵站中，由于不同型号水泵存在性能差异，因此需针对不同性能的机组，合理分配每台机组运行时的流量，从而确定机组的台数，使泵站整体效率最高。

表1 八里河站规划参数表

特征一、设计流量（m3/s）反向引水16.5八里河侧排湖60二、特征水位（m）21.5设计水位最低运行水位最高运行水位最高水位颍河侧21.5 20.5 20.5 21.7 21.7 21.7 24.65 24.65 25.7 25.7 17.4 21.7 21.7 16.4 27.66 27.66 27.66 27.66三、特征扬程（m）设计扬程 4.2 4.7 4.1最低扬程 0.0 0.0最高扬程 7.16 7.16 5.3设计水位最低运行水位最高运行水位防洪水位排圩7.1 21.0

表2 八里河站比选表

方案 方案一 方案二 方案二装机台数23333水泵型号叶轮直径（mm）转速（r/min）叶片角度水泵nd值水力损失系数设计扬程工况扬程（m）流量（m3/s）效率（%）总流（m3/s）2200ZLB 2200 187.5+2°412.5 0.00212 5.13 21.9 87.5 21.9×2+5.65×3=60.75 1400ZLB5-5 1200 375+2°450 0.04 5.12 5.65 87.0 1900ZLB 1900 214.3 0°407.2 0.00516 5.20 14.52 87.5 14.52×3+5.65×3=60.51 3 1 3 2 1 0 3 1 0 1587.5 411 854.6 411 1400ZLB5-5 1650ZLB 1400ZLB5-5 1200 1650 1200 375 250 375+2° 0° +2°450 412.5 450 0.04 0.0082 0.04 5.20 5.21 5.21 5.65 11.1 5.65 87.0 87.5 87.0 11.1×4+5.65×3=61.35 3 4 3 2 1 2 3 0 3 411 1090.4 1750 450 1250 450 1000 450 10 10 10 10 10 10 1750×2+450×3=5150 1250×3+450×3=5100 1000×4+450×3=5350肘形进水流道 喇叭口进水 肘形进水流道 喇叭口进水 肘形进水流道 喇叭口进水直管式出水 直管式出水 直管式出水 直管式出水 直管式出水 直管式出水15.90 14.70 16.25 14.70 15.80 14.70 11.5 12.5 12.5 25.80 25.80 25.80 34.80 34.80 34.80 44.2 48.2 53.6 11.0 10.5 11.0 2700 2800 3000 4900 4700 5100 7600 7500 8100排湖工况开机（台）排圩工况开机（台）引水工况开机（台）最大轴功率（kW）单机功率（kW）电压等级（kV）装机总功率（kW）进水型式出水型式叶轮中心高程（m）进水流道最低高（m）安装间层高程（m）起重机轨顶高程（m）主泵房长度（m）主泵房跨度（m）机电设备（万元）土建设备（万元）综合可比投资（万元）4

（3）从经济评价来看，其社会效益、经济效益和生态效益非常明显，符合国家的环保、节能政策。

（4）目前许多大小机组组合泵站没有在最优工况下运行，造成能耗和运行费用增加，因此泵站优化调度具有很重要的意义■

（作者单位：安徽省水利水电勘测设计院 230088）

（专栏编辑：顾 梅）