泵站工程中水泵选型的探讨

泵站工程中水泵选型的探讨

在中国，由于地理条件的不同，建设车站的任务不同，可分为以下几种类型：旁路泵站、井灌泵站、旁路泵站和各种小型泵站。提灌泵站主要分布于地处黄土高原的陕西、甘肃、宁夏、山西等省(区),这些地区由于地势高、雨量少、水资源主要集中于黄河及其支流上,干旱缺水一直困扰着工业生产和人民生活。20世纪50年代以后,在山西、甘肃等省相继建成几十处大型提灌泵站,这些泵站的建成,为当地经济的发展和人民生活水平的提高发挥了不可估量的做用。今后,泵站工程发展的趋势是:在规划设计上注重动能经济和综合利用,更加讲究工程的经济效益;在机组选用上趋于大型化、高速化和装置型式多样化;在运行管理上实现自动化和节能节水。泵站设计参数包括设计流量和设计扬程。修建泵站是为了把一定水量提升至一定的高度或者增加一定的压力,使其能满足相关的需求。因此必须根据不同泵站所承担任务的不同,合理选择流量和扬程指标,然后根据设计流量和设计扬程,来确定泵的型号、等别,泵站建筑物级别。本文主要对泵站设计参数的确定以及泵站选型进行简要论述。1设计流量计算及调节灌溉设计流量是在一定的灌溉设计保证率情况下的灌溉用水量,对于大、中型灌区,可根据灌溉面积、历年的灌水率图及灌水利用系数、求得历年灌溉用水流量过程线,选择灌水持续时间大于20天的最大灌水流量作为该年的最大灌溉引水流量。然后以此进行频率分析,选择符合灌溉设计保证率的流量作为设计引水流量。在设计灌水率确定情况下,可以由公式(1)确定泵站的设计流量。Q=24qωtηω(1)Q=24qωtηω(1)式中:Q为设计流量,m3/s;q为设计灌水率,m3/(s·hm2);ω为泵站控制灌溉面积,hm2;ηω为灌溉水利用系数,1/h;t为泵站日开机时数,h,一般为22～24h。对于小型灌区,可以参照当地的自然经济条件,参照同类灌区的用水经验,拟定出一两种主要作物的最大一次灌水定额,然后根据公式(2)计算泵站的设计流量。Q=∑miωi3600Ttηω(2)Q=∑miωi3600Τtηω(2)式中:mi为某种主要作物的最大一次灌水定额,m3/(s·hm2);ωi为该种作物的种植面积,hm2;T为一次灌水延续天数,d。对于有调蓄容积的抽水灌区,泵站可在非灌溉季节向调蓄容积供水。这时可以根据调蓄容积的大小和灌溉用水量过程线,通过适当延长泵站的开机天数来减少设计流量,在确定设计流量的同时,还要确定最大流量和最小流量,以作为泵站机组台数选择的参考依据。2损失水头确定的设计净扬程灌溉泵站设计扬程是由设计净扬程加上进、出水流道的损失水头确定的,设计净扬程是指出水池与进水池的设计水位之差。可见,泵站设计扬程的确定因素有3个,即出水池和进水池的设计水位、进出水流道的损失水头。2.1池的水位分析灌溉泵站出水池设计水位取决于输水干渠渠道的设计水位,可根据灌区规划所确定的控制高程和灌溉设计流量的要求,按灌区末级渠道的设计水位推算至出水池的水位。该水位应当保证灌区90%以上(有条件时,应能保证全部)的耕地获得自流灌溉,因此,出水池设计水位要从田间逐级推算到渠首求得,计算公式如式(3)所示。H出=Z+ΔZ+∑Li+∑Δh(3)式中:H出为出水池设计水位高程,m;Z为设计灌溉面积的最高或最远点的地面高程,m;ΔZ为末级渠道水面与所灌溉农田地面的高差,取0.05～0.1m;L为各级渠道的长度,m;i为各级渠道的比降;Δh为通过建筑物的水头损失。2.2设计进出水设计灌溉泵站进水池水位的变化取决于水源的流动变化情况。对于渠道上的提水泵站,泵站设计流量等于渠道的设计流量,进水池设计水位应与渠道的设计水位相对应。对于临河(渠)式泵站,泵站设计流量小于河(渠)道的流量,对灌溉泵站来说,应考虑灌溉季节水源水位情况及能保证的程度。从河流、湖泊或水库取水时,以历年灌溉期水源保证率为85%～95%的日平均或旬平均水位作为设计水位,从渠道取水时,以渠道通过设计流量时的水位为设计水位。2.3按按水量加权平均净扬程水泵平均净扬程是泵站正常运行历时最长的工作扬程。选择水泵时应使其在该扬程工况下处于最高效区,这样可以使水泵运行的平均效率最高,单位能量消耗最少。对于中、小型泵站,可以将进、出水池的平均水位之差作为泵站平均净扬程。对于流量和水位变化复读都比较大的大、中型泵站,应按水量加权平均的方法来确定平均净扬程。该方法是根据水文系列资料在泵站运行期的分段平均扬程、流量和历时进行加权平均计算,计算如公式(4)。H¯¯¯Η¯实=∑H实iQiti∑Qiti(4)=∑Η实iQiti∑Qiti(4)式中:H¯¯¯Η¯实为加权平均净扬程,m;Q为相应时段ti时的泵站供水流量,L/s;ti为不同灌溉时段的泵站工作天数,d。3水泵准备3.1按水泵流量为导向,选用大泵(1)充分满足灌溉供水设计保证率下各时期的流量和扬程的要求;(2)选择性能良好并对泵站流量、扬程变化具有较强适应型与保证性的泵型;(3)在能够适应灌溉流量变化的前提下,尽量选用较大的水泵,以减少台数,节省基建、维修费用。另外大泵的效率较高;(4)尽量接近其设计工作点,在最高和最低扬程下运行时的工作点不离开其高效区工作范围;(5)在一个泵站中,尽可能选用同型号的水泵,在满足流量和扬程的前提下,尽量选用吸水性能好的水泵。3.2按水泵流量计算的泵型设计流量过程线根据公式(4)计算得出的平均净扬程和泵站抽水量的要求,可以确定需要的泵装置的性能曲线,如图1所示。如设计点为A(QZ,HZ),泵设计扬程可以根据公式(5)进行计算:HZ=H¯¯¯ΗΖ=Η¯实+SQ2(5)式中:HZ为泵设计扬程,m;S为管道阻力参数;Q为流量,m3/s。传统方法一般采用的等流量加大扬程,根据B点所表示的参数来选择泵,如果B点为泵的最高效率点,则认为所选择的泵型比较好,然后根据综合分析对比来确定合适的泵。但是,根据试验分析比较以及大量的实测资料证明,最高效率点在B点的泵,它的泵装置最高效率不是在B点,而是在流量较小,扬程较高的C点。如按传统方法选择泵型,水泵将运行在低扬程大流量区域。对于高扬程泵站,由于管路水力损失所占比例较小,C点偏移A点不大,所以传统选泵方对选择泵型没有多大的影响,但对于低扬程泵,管路损失所占的比重相对较大,传统的方法必然会导致泵站效率偏低,在这里推荐使用变扬程、加大流量的选型方法。一般来说,对于轴流泵,流量与设计流量相比减少8%～10%,扬程与设计扬程相比增加5%～8%;对于混流泵,流量与设计流量相比减少5%～10%,扬程与设计扬程相比增加1%～5%;对于离心泵,流量与设计流量相比减少10%～15%,扬程与设计扬程相比减少2%～4%。根据上述方法选择好水泵后,再根据泵站的设计流量和单泵流量确定不同泵型的水泵台数,使其满足关系公式(6):Q设=∑niQi(6)式中:Q设为泵站的设计流量,m3/s;Qi为所选泵型的单泵流量,m3/s。绘制灌溉区设计流量过程线,将所选水泵不同台数运行时的泵站出流量过程线与用水过程线进行拟合(图2),检查能否满足灌排流量变化的要求。如果拟合过程线与灌溉设计流量过程线比较接近,则表明所选泵型的台数能够适应灌溉要求。在灌溉时限允许的范围内,可适当修订设计流量过程线,使两者吻合。如果两者差异较大,应考虑更换泵型与水泵台数,并重新进行上述检验。最后选择出合适的泵型。4按水泵容量的确定分(1)灌溉泵站常用的叶片泵类型有离心泵、轴流泵和混流泵三种类型,在选取水泵时要根据不同泵类型的特点选取合适的水泵。由于混流泵具有高效区范围宽广、运行效率较高、不同工况下轴功率变化小且结构简单、土建投资省等优越的综合特征,因而,在同时可以选用离心泵和混流泵或轴刘泵与混流泵的情况下,应有限采用混流泵。(2)单机容量的大小,水泵台数的多少,对泵站有很大的影响。在设备总容量一定的前提下,台数越多,越容易适应不同时期灌排流量的要求,运行中个别机组发生故障时对灌排的影响也越小,但设备的购置费、土建工程费及运行管理费较高;机组台数越少时,对不同时期灌溉流量的适应性与保证性都较差,而设备费、土建费、运行管理费将会减少。因此,水泵台数的选择,应从工程造价、运行管理、设备运输安装以及土建施工等各个方面的优劣程度,进行综合论证后确定。对灌溉泵站当流量小于1m3/s