松溪供水工程庫區取水泵站水泵選型解析

田 帥

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

松溪供水工程包括水源工程和輸水工程兩部分，水源工程口上水庫位于晉中市昔陽縣東冶頭鎮口上村附近松溪河下游河道上，壩址距昔陽縣城35 km。根據昔陽縣國民經濟發展目標，松溪供水工程的建設任務是以農村人畜飲水、農業灌溉為主，兼顧工業和城鎮生活用水，供水范圍為昔陽縣城、界都鄉、趙壁鄉以及東冶頭鎮。口上水庫是一座以人畜飲水、農業灌溉為主，兼顧工業和城市生活用水的小（一）型水利樞紐工程。水庫總庫容495萬m3，總供水量840萬m3。輸水工程從口上水庫庫區取水，經東冶頭、界都至昔陽縣城，供水線路全長29.2 km，設庫區取水泵站、界都加壓泵站。

庫區取水泵站布置在大壩上游庫區左岸，距大壩約100 m，廠區地坪高程649.30 m。泵站設計引水流量0.57 m3/s，設計揚程為186 m。泵站為水中固定式取水泵站，選用4臺長軸深井泵機組，總裝機1 800 kW，單泵流量0.143 m3/s，單機容量450 kW，水泵安裝高程為620.00 m。

2 水泵選型原則

水泵選型主要涉及工作介質、工作介質特性、揚程、流量、環境溫度等，合適的水泵不但工作平穩，壽命長，且能為用戶最大程度地節省成本。根據泵站揚程變化的規律，從國內外已經運行的或者可能生產運行的水泵中，選擇技術成熟、性能先進、高效節能、經濟合理的水泵。通常選型應該遵循的原則是：充分滿足供水保證率下各種流量和揚程；選用優質的水力模型，性能良好且對于泵站流量和揚程變化具有較強適應性、保證性；所選水泵在長期的運行中有最高的平均裝置效率，最少的運行費用；在最低和最高揚程下，水泵仍能在穩定區間內運行，不發生明顯汽蝕，電機不超載，機組不產生振動。

此外，還應該結合當地的實際情況與能源資源，利用當地有利條件，盡量選擇水輪泵等提水機具。同時，應遴選多個不同的方案進行比選和技術經濟論證，并且以多年平均的情況下泵站年支出最少的方案作為最優方案。

3 水泵選型

3.1 原始資料

口上水庫庫區取水泵站進水池設計水位為622.70～646.53 m；出水池設計水位為799.00 m；由此可計算出泵站地形揚程為176.30～152.57 m；設計流量為0.57 m3/s；出水總管為直徑800 mm的球墨鑄鐵管，總長2 130 m。

3.2 水泵單機流量及臺數選擇

由于庫區取水泵站設計流量中包括工業、居民生活供水流量（0.26 m3/s）和農業灌溉流量（0.31 m3/s），為了運行靈活，同時滿足各種流量組合運行工況，庫區取水泵站選用4臺泵配合運行，考慮到農業灌溉供水只是在一年中的幾個特殊時段，所以農業供水泵可作為工業供水泵的備用，不另外設置備用水泵。庫區取水泵站選擇4臺機組，單泵流量0.143 m3/s，平時工業供水工況下2臺機組運行，灌溉期工況下4臺機組全部投入運行。

3.3 泵型選擇

根據泵站設計特征參數及可行性研究報告確定的兩級提水方案，結合調度方式和取水條件，參考國內已運行泵站的經驗，經過技術經濟比較，確定泵型技術與應用·2012年第9期采用已有運行經驗的定型的泵型。

水庫庫區取水泵站采用固定式取水泵站，考慮對臥式離心泵與長軸深井泵兩種泵型進行比選。

臥式離心泵：其優點是臥式泵安裝精度比立式泵要求低，便于檢修，而且造價低。缺點是一般啟動前要求排氣充水，機組占地面積大，要求泵房有較大的平面尺寸。該泵比較適用于水位變幅較小的場合。庫區取水泵站取水水位最大變幅為24 m，如果選用相同泵型的水泵，為了滿足供水需求，水泵安裝高程會很低，廠房底板低于廠區地坪高程30余m。此外，采用這種泵型會涉及到土建工程開挖量大，廠房的防洪、機電設備的防潮、廠房底部的通風、廠房技術排水、水泵運行前的抽真空等諸多問題。同時還要考慮人員走道與安裝檢修設備的放置，擴大了廠房的平面尺寸，大大增加了施工難度與日常運行管理的復雜性，造成較大的安全隱患。如果選用不同的泵型，在保證供水的前提下，廠房會擴大數倍，這在庫區取水泵站中是不現實的，而且其控制系統也會復雜很多，給正常運行留下隱患。

長軸深井泵：該泵屬于立式泵，其優點是立式泵葉輪淹沒于水下，啟動方便，操作簡單。電機居于上方，有利于防洪和通風。機組占地面積小，要求泵房的平面尺寸要小。但是其缺點也比較明顯，安裝、維修、管理較復雜，需要專業的技術人員；泵房高度較大，機組價格較高；適用于水位變幅較大的場合。

經過技術經濟比較，考慮選用長軸深井泵機組，以減少土建工程開挖量。將水泵機組布置在進水池上部，又減少了廠房占地面積。這樣的布置減少了通風、排水、抽真空、廠房走道等的投資，同時消除了運行中工作人員的安全隱患，保證了泵站的正常運行可靠率。初選庫區取水泵站水泵型號450RJC500-30×6的長軸深井泵4臺，設計揚程均為186 m，設計流量為0.143 m3/s，額定轉速為1 475 r/min。RJC選用先進的水力模型和結構設計，葉片流道部位環氧涂復等多種新工藝。水泵效率高，效率曲線平緩，高效區域寬廣，工作范圍增加10%～20%，水泵運行平穩，噪音小。武鄉電廠供水中使用的就是這種泵型，運行狀態良好。

考慮到長軸深井泵葉輪及軸承長期浸泡在水中，運行中泥沙對水泵軸承的磨損，長軸深井泵采取軸承外注清水潤滑的保護措施，以提高軸承使用壽命，降低運行成本。

3.4 水泵工作點的確定

根據泵站的流量和出水壓力管道長度、直徑，計算水泵工作點。

庫區取水泵站機組出水鋼管直徑為300 mm；廠外出水總管直徑為800 mm，管長2 130 m。

在計算確定工況點時，采用圖解法，利用水泵特性曲線和泵站管路特性曲線交點求得水泵運行工作點流量、揚程、效率、軸功率，計算結果見表1。

表1 水泵運行工作點計算結果表

結果表明，此次選型能滿足泵站多種運行工況需要，保證供水要求。根據水泵軸功率，配套電動機容量450 kW，額定電壓10 000 V，額定轉速1 480 r/min。

此外需要說明一點，庫區取水泵站取水位由庫區水位限定 622.70～646.53 m，地形揚程為 152.57～176.30 m，工作揚程159～186 m。庫區取水泵站取水揚程最大變幅27 m，由于泵站的水泵由六級葉輪組成，分擔到每級的話，尚在水泵的允許范圍之內，流量變幅在0.143～0.195 m3/s。由于取水泵站到界都泵站間有事故調節水池，具有一定的調節能力，所以取水泵站不增設變頻調速裝置，利用水泵自身的調節功能來保證正常供水，多余的水量進入調節池。

4 結語

本次水泵選型充分考慮了當地實際情況，選用長軸深井泵，減少了工程投資，降低了施工難度，提高了運行的安全可靠性。