安徽省沿江中小型泵站水泵选型与设计

1、安徽省沿江中小型泵站水泵选型与设计张维聚王树民高普新摘要为了满足安徽省沿江汛期排捞要求, 近几年在安徽省沿江建设了很多中小型排捞泵站, 着重介绍了部分泵站的水力机械主机及辅助设备的选型及设计。关键词水泵立式轴流泵拍门断流潜水轴流泵电动机安徽省中图分类号TH3文献标识码A 文章编号100726980(2004 0320029205由于20世纪90年代以来, 长江流域连续发生大洪水,1999年汛期长江流域再次遭遇大洪水, 外洪内涝使安徽省长江排涝站设计排涝流量为15100m 3/s , 总装机容量1250kW ; 矶河口排涝站设计排涝流量4133m 3/s , 总装机沿江地区受灾严重。当时, 朱基

2、总理等国家领导人多次来安徽省察看灾情, 对安徽省的水利建设工作作出了重要指示, 希望尽快提高沿江地区排涝抗灾能力。遵照朱基总理的指示精神, 结合沿江的实际情况, 安徽省水利水电勘测院于1999年12月编制完成安徽省沿江圩区排涝泵站工程项目建议书(修订本 , 并于2000年1月通过水利部水利水电规划设计总院审查。该报告明确了安徽省沿江圩区排涝泵站工程建设的任务、目标和治理标准, 站建设站点总体布局与初步规模。2002年6月, , ,容量330kW 。112含山县麻湖圩泵站麻湖圩位于含城以南, 是含山县3个重要的大圩之一, 农业生产发达, 是含山县重要的粮、棉、油高产区和县城蔬菜生产基地。, 裕溪

3、河, , 积水内涝, , 也给本地。圩口排涝存在的主要问题:排涝泵站的装机容量不足, 排涝标准偏低, 现状排涝标准为23年一遇; 现有泵站建设年代久远, 机泵设备普遍老化; 圩内沟渠大多不配套, 缺乏有效的控制建筑物, 无法起到分级、分片控制, 排涝仍是混港排水状况; 圩区排涝站布局不尽合理; 圩内排水沟系排水不畅。此外, 管理设施落后, 经费缺乏等, 也给泵站管理和正常运行带来较大困难。进一步提高该地区的排涝能力, 对促进含山县农业经济建设和发展, 具有极其重要的战略意义。因此, 兴建麻湖圩口排涝泵站工程是十分必要的, 也是非常迫切的。根据麻湖圩规划和该圩的地势特点, 全圩分为东、西2个排涝

4、片, 东、西两片面积分别为1213km 2和615km 2。, 排涝工程设施建设步伐, 提高圩口排涝抗灾能力, 保障沿江地区社会经济持续稳定发展。为解决本地区排涝问题, 提高排涝抗灾能力, 在沿江建设中小型排捞泵站, 其中本文介绍的泵站是由中水北方勘测设计研究有限责任公司参与主持设计的。1各泵站概况111长江排涝站及矶河口排涝站矶河口排涝区位于安徽省铜陵市南郊横港地区, 排涝区汇水面积13107km 2, 其东、南分别以分水岭与其他排水区相隔, 西邻长江, 北至方港河、桂家湖。排涝规划将该区分为高、中、低3个排区。矶河口排涝站位于原矶河口泵站, 主要排泄汛期的高区涝水, 涝水经位于陈家冲末端的

5、古圣湖调节后, 由矶河口排涝站抽排入长江, 控制排涝面积5153km 2; 长江排涝站位于原长江泵站, 主要承担汛期中、低区的排涝任务, 涝水经长江排涝站抽排入长江, 控制排涝面积7154km 2, 其中包括1103km 2的山区汇水面积。矶河口排区内现状排涝设施有长江和矶河口泵站、羊山矶和横港自排闸。汛期来水时, 山区洪水直接进入中、低区, 因区内抽排标准偏低, 洪涝灾害经常发生。矶河口排涝区泵站的设计任务是将原长江和矶河口泵站拆除, 新建长江和矶河口泵站。麻湖圩泵站1座, 装机465kW , 设计排涝流量513m 3/s 。本泵站工程建成后, 可解决麻湖圩重点圩口的排涝问题, 提高排涝标准

6、。113安庆市鸭儿沟排涝站安庆市郊区广济圩位于长江下游左岸, 地处安庆、枞阳之间, 属菜子湖水系内的破罡湖流域, 全圩总面积34613km 2, 广济圩共分四大排水片进行排涝治理, 即破罡湖石塘湖片、窑沟片、新河长枫港片及城区片。设计治理范围为窑沟片。窑沟片属纯圩区, 紧靠安庆市区, 是市郊经济发达地区, 总面积3112km 2, 涉及老峰和长风两个乡镇的17个行政村, 人口3137万人, 耕地面积1870hm 2(21808万亩 。区内有较多的市属、省属国有企业, 重要的港口码头、国 30道, 及正在建设的安庆发电厂, 安庆长江公路大桥等重要设施; 乡镇企业众多且发达, 是市区34万人民菜篮

7、子基地。窑沟片分高、低排水区, 现状排涝设施有对江自排闸2座, 即鸭儿沟闸、窑沟闸, 非汛期江水位低时可自排;水利水电工程设计DWRHE 2004年第23卷第3期同时为了便于管理, 将曹桥站拆除, 在官圩的西侧, 原官圩南站附近新建东坝四站, 从原官圩南站引渠引水, 设计排涝流量为3142m 3/s , 总装机容量310kW 。115巢湖市半汤站对江排涝站1座, 即窑沟排涝站, 内装高排机组5×55kW , 低排机组6×155kW 。近年来, 长江水位受上中游来半汤站的排水范围包括胡家圩、沙汤圩、亚父圩、前圩和半汤路南半自排区等, 总排水面积8109km 2, 设计总排涝流

8、量14121m 3/s , 总装机容量1240kW 。116巢湖市活水工程西安桥泵站水影响, 汛期洪水位居高不下, 且呈逐年攀升之势, 汛期受江水顶托, 内水不能自排, 外排泵站装机又严重不足, 尤其高排区现状排涝标准仅达3年一遇左右, 涝水经常下压低排区造成涝灾, 水利纠纷较多, 尤其进入20世纪90年代以来, 洪涝灾害出现机遇更加频繁, 内涝问题非常严重。由于内涝问题得不到很好解决, 给本地区农业生产和人民生命财产造成较大损失, 严重制约着当地社会经济的发展。新建鸭儿沟排涝站位于原鸭儿沟自排闸进口上游处, 泵房靠近广济江堤内堤脚平台布置, 泵站装机容量1960kW , 设计流量17100m

9、 3/s 。114巢湖市东坝四站目前, 巢城水不活的问题比较突出, 虽有环保泵站(提水流量为019m 3/s 提灌, 经常换水, 但换水流量小,加之市区水系复杂, 河床淤积严重, 因而无法根本改变城区水污染现状。为了改变市区的水环境现状, 提高环境质量, 改善市民的人居环境, 必须首先使城区内的水清起来、活起来。原泵站位于市城防管理处楼下, 存在3个问题:电机层高程为1015m 左右, 经常进水, 不能正常运行; 流量小, 不到1m 3/s , 远远不满足活水需要; 出水箱已出现险情, 危及城市防洪安全。因此, 拟废除该站, 并在西安桥南侧择址新建泵站, 设计装机2×110kW ,

10、设计单机流量为119m 3/s 。, 各泵站进、出水系1m东坝四站主要排官圩的涝水。该区位于巢湖市中心城区南部, 被天河和裕溪河所包围, 区域面积1168km 2, 地面高程为610714m (黄海高程系 。根据巢湖市城市防洪规划, 要扩建巢湖闸和裕溪河左堤, 需拆除官圩南站1项目设计水位前池水位最高水位最低水位设计水位出水池水位最高水位最低水位设计几何扬程H jr长泵1110411148101601511815168111004114站1218313192111741512315173121002140含山县麻湖圩泵站71408100618011 1501117381504110鸭儿沟排涝站

11、1110012100101001617717134121345177巢湖市东坝四站51906100414091851013151903195巢湖市半汤排涝站51405180416091801015071004140巢湖市西安桥站811013130712091509150810011502泵站主泵选型211水泵扬程H r =H jr +h f +2各站的水泵设计扬程见表2。212泵型选择根据泵站的运行范围, 水泵的设计扬程范围为21457161m , 在这个扬程范围内可选用的水泵有:轴流泵、混流2g式中H r 泵站的设计扬程;H jr 泵站几何扬程;h f 进出水系统的水头损失, 主要包括进水流

12、道、泵、贯流泵。中小型泵站主要以轴流泵为主, 安徽省沿江建设的泵站基本上以轴流泵为主。当地也积累了丰富的建设、安装、运行、检修和管理经验, 所以以上泵站的选型主要针对轴流泵进行比较。轴流泵又分为:立式轴流泵和潜水轴流泵。(1 从运行参数来看, 两种泵型均可满足本泵站的要求。表2各站的水泵设计扬程m出水管路、断流装置等的水力损失;22g水泵出口动能损失。项目设计几何扬程设计扬程长江泵站41145152矶河口泵站21403180麻湖圩泵站41105140鸭儿沟排涝站51777161巢湖市东坝四站31955177巢湖市半汤站41406110巢湖市西安桥站11502145张维聚等安徽省沿江中小型泵站水

13、泵选型与设计(2 从水泵运行来看, 立式轴流泵运行可靠, 机组效率高。(3 从泵组价格来看, 立式轴流泵的价格较低。(4 从水泵运行管理维护来看, 立式轴流泵较好。31, 配套电机为台泵组, 水泵型号为900Z LQ -85(+2°J SL1410-12, 可采用电压等级为6000V 的标准电机或电压等级为380V 的非标电机, 但泵组设备投资较8台泵组方案多8万元(低压电机 或26万元(高压电机 , 土建投资基本相同, 但8台泵组运行更灵活。通过比较, 选用装机8台泵组。表3鸭儿沟排涝站5台和8台装机时的投资比较项目装机台数/台设计转角/°设计扬程/m 设计流量/(m 3

14、s -1 设计点效率/%设计比转速/(m -m 3s -1 电机功率/kW 电机转速/(r min -1 电机电压/V 安装高程/m厂房流道最低高程/m 厂房高度/m 厂房宽度/m 厂房总长度/m机电设备投资/万元/36Z LB -7165 +47158315287112404005856000810061481415271602517028011239228Z LB -7108+8716121138515232152457303808100619014110712029170229142371通过比较, 长江泵站、矶河口泵站、麻湖圩泵站、鸭儿沟排涝站、巢湖市东坝四站、巢湖市半汤站选用立式轴流

15、泵组, 双基础。西安桥站属于闸改泵站工程, 没有条件建设地面厂房, 故采用潜水轴流泵组。213水泵台数选择泵站设计规范规定:泵站装机台数以39台为宜, 同时参照国内主要泵厂的水泵参数确定选用轴流泵台数。对于年利用小时很低的泵站, 可不设备用机组, 由于沿江排捞站水泵运行只在汛期间歇运行, 故以上泵站均不设备用机组。必要的话要进行装机台数的比较, 每个泵站结合两种以上装机台数方案进行机电和土建投资方案比较。以鸭儿沟排涝站为例, 从表3中, 可得出以下结论:(1 从运行参数来看, 两种装机台数均可满足本泵站的要求。(2 从机电设备费用来看, 由于装机5台泵组需采用高压电机, 而装机8台泵组电机可采

16、用低压电机。机电设备费用5台泵组比8台泵组费用高约51万元。(3 从厂房开挖深度来看, 装机5台泵组较装机8组多开挖015m 。从土建费用来看, 58少30万元, 21万元。同时, 对装机6:装机6好不推荐好推荐各站经比较最后选用的水泵台数及水泵单机流量见表4。表4各站经比较最后选用的水泵台数及水泵单机流量项目装机台数/台水泵设计流量/(m 3s -1长江泵站53100矶河口泵站31144麻湖圩泵站311893鸭儿沟排涝站82113巢湖市东坝四站21177巢湖市半汤站81180巢湖市西安桥站21190214水泵型式与参数根据水泵设计流量、装机台数、水泵性能曲线(图1列举了鸭儿沟泵站的水泵28Z

17、 LB -710性能曲线 , 最后选定的水泵型号、参数如表5。215泵站装机配套电动机功率的计算原则为用设计工况计算, 用最高扬程校核, 计算方法如下:N 轴=p g Q H1000N 配=K N 轴式中N 配配套电动机额定功率, kW ;K 电动机功率储备系数(当轴功率大于100kW时, 取111 。根据水泵配套单机功率及台数, 最终确定的各泵站装机容量和规模如表6。图1鸭儿沟泵站28Z LB -710水泵性能曲线32水利水电工程设计DWRHE 2004年第23卷第3期表5各泵站水泵型号、参数项目水泵型式水泵型号叶轮直径/mm 叶片转角/°设计扬程/m 设计流量/(m 3s -1

18、设计点效率/%最大轴功率/kW 配套功率/kW 额定转速/(r min -1 流量范围/(m 3s -1 扬程范围/m 旋转方向长江泵站立式轴流泵矶河口泵站立式轴流泵麻湖圩泵站立式轴流泵鸭儿沟排涝站立式轴流泵巢湖市东坝四站立式轴流泵800Z LB -70700-45177117782191301555801137118971884160巢湖市半汤站立式轴流泵巢湖市西安桥站潜水轴流泵900Z LB -515700Z LB -125700Z LBc -12528Z LB -71085005150310086193250590219031356137314600+231811448380957301

19、125116551152125650+251411893821391451557301180214061161123650+87161211385152031724573011702140100800Z LB -70700QZ -160GA700-26110118084151301555901142119771994185650+02160119841065189907301173211531280198俯视顺时针俯视顺时针俯视顺时针俯视顺时针俯视顺时针俯视顺时针俯视顺时针表6各泵站装机容量和规模项目水泵型式水泵型号配套功率/kW 泵组台数装机流量/(m 3s -1 装机功率/kW 泵站等别泵

20、站规模长江泵站立式轴流泵900Z LB -5152501250III矶河口泵站立式轴流泵麻湖圩泵站立式轴流泵鸭儿沟排涝站巢湖市东坝四站-23154310IV巢湖市半汤站巢湖市西安桥站潜水轴流泵00Z LB -125700Z LBc -095332285IV5168465IV8171960III-70700QZ -160GA155814141240III902318180IV中型小型小型中型小型中型小型216立式轴流泵组水泵安装高程及结构线长, 断面复杂, 施工较困难, 土建工程量大, 投资高。虹吸管顶部容易存气, 易引起机组振动, 不宜采用。快速闸门断流, 要求闸门的控制进入泵的开停机程序,

21、多一套控制设备, 需要可靠的控制设备和控制程序。出口拍门断流的缺点是水力损失稍大, 拍门需低于最低水位, 泵站开挖深, 但设备控制简单, 不需要电气控制设备, 投资少, 施工简单。而且排涝泵站的年利用小时数较低, 水泵多年累计运行的电能损失远远小于土建和机电节省的投资。经过比较, 以上泵站均采用出口拍门断流。这里值得一提的是, 巢湖市西安桥站的设计采用了一种橡胶缓闭逆止阀(又称鸭嘴 的断流措施, 其特点是水力损失很小, 只有拍门断流水头损失的1/5, 这种断流方式在城建系统中使用较多, 而且简单、方便、灵活。既节省了土建投资, 又节省了电能, 相信这种断流措施会在水利系统中得到更多的推广应用。

22、21615出水流道长江泵站、矶河口泵站、麻湖圩泵站、鸭儿沟排涝站、巢湖市东坝四站和巢湖市半汤站均为立式轴流泵。21611水泵安装高程确定泵站水泵安装高程主要由以下两个因素确定:水泵叶轮要求的最小淹没深度以及水泵出水拍门淹没的要求, 以上泵站的设计水泵安装高程均满足这两项要求, 水泵层均低于进水池正常设计水位, 所以泵房为湿式泵房。21612水泵结构泵站采用双基础、湿式泵房、设电机层和水泵层。水泵为立式半调节叶片轴流泵, 水泵基础为湿式结构。金属叶轮室, 喇叭口进水, 水泵通过联轴器与电动机直接连接, 水泵旋转方向为俯视顺时针。21613进水流道根据水泵的规模, 以上泵站水泵进水流道为钟型喇叭口

23、进水流道。21614断流方式断流方式主要有:快速闸门断流、出口拍门断流及虹吸真空阀断流。以上泵站(除巢湖市西安桥站 外江均为长江, 水位高, 虹吸式需高出外江最高水位, 虹吸式流道轴根据水泵的泵型资料, 出水流道采用直管出流方式。直管式出水流道结构简单, 施工方便, 与虹吸式出水流道相比可降低厂房高度, 混凝土耗量少, 启动扬程低, 运行 张维聚等 安徽省沿江中小型泵站水泵选型与设计较稳定。出水流道主要由以下部分组成:出水伸缩管、出水扩散管和出口拍门。217潜水轴流泵组水泵安装高程及结构315水力量测系统33泵站水力量测系统主要设有以下项目:(1 进水池水位、出水池压力及水泵扬程; (2 拦污

24、栅前、后水位及压差; (3 水泵流量; (4 水泵出口压力。巢湖市西安桥站采用潜水轴流泵。21711水泵安装高程确定潜水轴流泵站水泵安装高程的确定主要有以下两个因素:水泵叶轮要求的最小淹没深度以及水泵出水拍门淹没的要求。由于本泵站采用橡胶缓闭逆止阀断流, 水泵安装高程的确定主要满足水泵叶轮要求的最小淹没深度即可。21712水泵结构泵站进出水池水位的量测信号进入泵站计算机监测及控制系统控制水泵的启动、运行和停机。316厂内起重设备各泵站根据机电设备吊运最重件重量选用相应电动葫芦单轨吊车。317机修设备潜水电泵的潜水电机置于泵的上方, 潜水电机为干式结构, 采用F 级绝缘, 具有可靠的机械密封及辅

25、助密封, 并具有泄漏及内部绕组温升保护装置, 安装方式为钢制井筒式安装。21713进水流道各泵站在站区内根据情况设简易机修车间配简易机修设备。根据水泵的规模, 水泵进水流道设计为钟型喇叭口进水流道。21714断流方式4结语(1 以上泵站主泵选型大多采用常规轴流泵, 由于是双基础, 故泵组运行稳定, 效率较高。当地已建成的这种泵站很多, 积累了丰富的建设、安装、运行、检修和管理经验, 是目前首选泵型, , 故泵站。, 。主要问题是泵组运行, 相信通过厂家对泵组的改造, 克, 这种泵型还是有很广阔的推广前途的。潜水轴流泵由于水泵潜于水中, 地面以上基本不用建设主厂房, 所以土建投资大大节省, 主要问题