基于中橋水庫泵站水力機(jī)械設(shè)計(jì)

唐仕紅，方東輝

(1.貴州省畢節(jié)市勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700；2.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150001)

基于中橋水庫泵站水力機(jī)械設(shè)計(jì)

唐仕紅1，方東輝2

(1.貴州省畢節(jié)市勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700；2.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150001)

中橋水庫工程位于遵義市中心城區(qū)東北，該工程是遵義市兩城區(qū)的主要水源工程。中橋泵站總裝機(jī)4×2240kW,揚(yáng)程高、流量大,設(shè)計(jì)難度大，文章根據(jù)目前泵站設(shè)計(jì)要求結(jié)合工程具體情況進(jìn)行優(yōu)選設(shè)計(jì)，包括水庫設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)揚(yáng)程、機(jī)型選擇、輔助設(shè)備的優(yōu)選。 對于高揚(yáng)程水泵及其附屬設(shè)備的選擇，選擇的優(yōu)劣直接影響工程整個效益以及工程建成后運(yùn)行的成本，因此必須在設(shè)計(jì)階段做好比選。

泵站；水庫設(shè)計(jì)水位；設(shè)計(jì)揚(yáng)程；設(shè)計(jì)保證率；機(jī)械設(shè)計(jì)；優(yōu)選

1 工程概況及基本參數(shù)

1.1 工程概況

中橋水庫工程位于貴州省遵義市中心城區(qū)東北面，地處湘江左岸支流仁江下游新田灣河段內(nèi)，壩址距仁江河口13.6km。

水庫壩址距遵義市中心城區(qū)21.0km，距中橋集鎮(zhèn)2.4km，該工程是為遵義市兩城區(qū)供水的主要水源工程。

1.2 基本參數(shù)確定

根據(jù)水文專業(yè)提供的統(tǒng)計(jì)資料，水庫各種水位(及對應(yīng)的泵站幾何揚(yáng)程)出現(xiàn)機(jī)率可以看出，本泵站不僅揚(yáng)程高，而且?guī)焖?揚(yáng)程)變幅大，變幅范圍為24m。

因?yàn)槠淠旯┧臅r間比較均衡，供水水泵的揚(yáng)程主要決定于水庫水位。選擇水庫設(shè)計(jì)水位795.00m， 設(shè)計(jì)保證率95.8%[1-4]。水泵揚(yáng)程表見表1。

表1 供水水泵揚(yáng)程表

結(jié)合上述水庫水位和泵站幾何揚(yáng)程的分析，泵站水泵揚(yáng)程在幾何揚(yáng)程100m以下的時間最長，全年出現(xiàn)的時間95.8%。而水泵揚(yáng)程在幾何揚(yáng)程100～107m的時間很短。推薦設(shè)計(jì)幾何揚(yáng)程100.0m。

2 泵站流量

根據(jù)水利調(diào)節(jié)計(jì)算，單臺水泵設(shè)計(jì)流量確定為1.4m3/s。

2.1 機(jī)型及臺數(shù)的比選

2.1.1 機(jī)型選擇

根據(jù)本站流量及揚(yáng)程，深井泵及潛水泵兩種機(jī)型均遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足單臺水泵設(shè)計(jì)流量為1.4m3/s的要求。

只有雙吸中開離心泵在流量和揚(yáng)程上能滿足本站要求，因此在機(jī)型推薦雙吸中開離心泵[5-7]。

2.1.2 機(jī)組臺數(shù)選擇

采用3+1臺機(jī)組方案和4+2臺機(jī)組方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用3+1臺機(jī)組方案比4+2臺機(jī)組方案投資省260萬元，且機(jī)組臺數(shù)少其運(yùn)行管理費(fèi)用等均較低，根據(jù)規(guī)范及《給排水設(shè)計(jì)手冊》等均認(rèn)為水泵臺數(shù)較少比較好。因此，推薦3+1臺機(jī)組方案。

根據(jù)上述方案，有關(guān)制造廠家提供的泵型參數(shù)見表2。

2.1.3 輔助設(shè)備的選擇

2.1.3.1 閥門

水泵的布置為倒灌方式，每臺水泵的進(jìn)水管上設(shè)置了電動檢修閥。

每臺水泵的出水管上設(shè)置了液力自控閥工作閥和電動檢修閥。液力自控閥工作閥要參與水泵的開停機(jī)過程，其功能要考慮正常停泵和事故停泵時的水錘[8-9]。

同時根據(jù)調(diào)保計(jì)算要求設(shè)置水錘泄放閥和注氣微排閥。

2.1.3.2 主廠房起重機(jī)

為了滿足安裝及檢修的需要，主廠房設(shè)雙梁橋式起重機(jī)一臺，起吊最重件為電動機(jī)，其重量為15.15t，選用的起重機(jī)型號為QD20/5t，起重機(jī)跨度為10.0m。

2.1.3.3 油系統(tǒng)

水泵冷卻方式為自冷卻，電動機(jī)冷卻方式為空冷，因此不設(shè)置透平油系統(tǒng)。變壓器絕緣油系統(tǒng)采用一臺壓力濾油機(jī)LY—50、一臺真空濾油機(jī)ZLY—50和一臺KCB—50型齒輪油泵等油處理設(shè)備。

表2 水泵廠家推薦的泵型性能參數(shù)表

2.1.3.4 供水系統(tǒng)

供水系統(tǒng)，均從泵站的總進(jìn)水管取水至高位水池自流供水方式，水池底板高程857.50m，設(shè)計(jì)正常高水位860.00m。

2.1.3.5 排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)包括泵站檢修排水、滲漏排水。

2.1.3.6 壓縮空氣系統(tǒng)

泵站機(jī)組不需要剎車用氣，因此只設(shè)置低壓氣系統(tǒng)，供氣對象為吹掃供氣，采用直接從空壓機(jī)出口取氣供吹掃用氣。經(jīng)初步選型，空壓機(jī)型號為WF—2/8，數(shù)量為1臺。

2.1.3.7 水泵充水方式選擇及設(shè)備

根據(jù)實(shí)際情況來看，不適宜采用真空水箱和射流真空泵等方式充水，因此推薦采用水環(huán)真空泵充水方式。

2.1.3.8 水力量測系統(tǒng)

水力量測系統(tǒng)設(shè)置：

1)全站性測量：水庫水位，攔污柵壓差。

2)機(jī)組段量測：水泵進(jìn)口壓力、水泵出口壓力、液力自控閥出口壓力、水泵揚(yáng)程、水泵流量。

2.1.4 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，發(fā)生事故停泵時，應(yīng)滿足以下3點(diǎn)要求：

1)水泵機(jī)組的反轉(zhuǎn)速度不超過額定轉(zhuǎn)速的1.2倍，超過額定轉(zhuǎn)速的持續(xù)時間≤2min。

2)最高壓力不超過水泵出口額定壓力的1.3～1.5倍。

3)管道任何部位不會出現(xiàn)水柱斷裂。

2.1.4.1 基本參數(shù)

工程采用一級加壓，供水規(guī)模量為30萬 m3/d，水泵采用三用一備，單臺水泵流量Q=5040m3/h(1.4m3/s)，單根主管總流量為Q=10080m3/h，水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程H=105m，水泵轉(zhuǎn)速960r/min，水泵效率88.2%。

根據(jù)表2中參數(shù)來看，RDL600—830A泵效率最高，各項(xiàng)綜合指數(shù)最好，因此推薦該型水泵。

水源洪水位812m，正常水位795m，最低水位788m，出水主管進(jìn)水池末端標(biāo)高892m，末端水池水位標(biāo)高895m(最大淹沒水頭3m)，水泵處標(biāo)高792m，止回閥處標(biāo)高792m，止回閥處靜高差103m，止回閥選用液力自動閥DN1000，其流量系數(shù)Kv=13648，水泵后支管口徑DN1020×10，水泵進(jìn)水管長16m，為DN1000鋼管，主出水管采用兩根內(nèi)徑DN1600鋼管，壁厚16mm，出水主管總長627.15m。每2臺水泵并聯(lián)給1根主出水管[10-12]。

2.1.4.2 調(diào)保計(jì)算

調(diào)保計(jì)算共對設(shè)計(jì)揚(yáng)程下不加防護(hù)措施等6種工況進(jìn)行計(jì)算，并校核了最高揚(yáng)程和最低揚(yáng)程的工況進(jìn)行了核算。

事故停泵水錘分析(正常水位795m，兩泵單管運(yùn)行)。

1)水泵后不設(shè)置任何水錘防護(hù)措施的計(jì)算。

2)正常水位雙泵并聯(lián)運(yùn)行泵后止回閥1s快閉。

3)正常水位雙泵并聯(lián)運(yùn)行水泵后設(shè)置液力自動閥。

4)正常水位 795m單泵單管運(yùn)行停泵水錘分析。

5)水擊高壓的限制。

3 模擬分析計(jì)算結(jié)果

最后采用液力自動閥 3s快閉95%，30s緩閉5%+水擊閥+空氣閥組合方案，最高水錘壓力水柱為124.7m，滿足規(guī)范要求。

結(jié)論： 對于高揚(yáng)程水泵及其附屬設(shè)備的選擇，選擇的優(yōu)劣直接影響工程整個效益以及工程建成后運(yùn)行的成本，因此必須在設(shè)計(jì)階段做好比選。

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HydraulicMachineryDesignofPumpingStationforZhongqiaoReservoir

TANG Shi-hong1，F(xiàn)ANG Dong-hui2

(1.Guizhou Province Bijie city Investigation，Design and Research Institute，Bijie 551700，China；2.Northeast Forestry University，Harbin 150001)

Zhongqiao reservoir is located in the northeast of Zunyi City，the main water source project of tow districts of Zunyi City.Pumping station installed capacity of 4×2240kW，high lift，large flow，so it is difficult to design.According to the design requirements and combined with the specific circumstances of the project pumping station design is optimized， including a reservoir design level，design head，type selection，auxiliary equipment.Selection for the pumping station of high head and auxiliary equipment will affect directly the whole project benefits and the operation cost after the project completion.Therefore, the optimal selection is very necessary in the project design stage.

pumping station；reservoir design water level；design head；design guarantee rate；machinery design；optimization

1007-7596(2014)03-0051-03

2013-09-16

唐仕紅(1968-)，男，貴州畢節(jié)人，工程師。

TV675

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