嘎醉河水庫提水泵站水泵選型設計及節能效果分析

楊 超

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽550002)

1 概 述

凱里嘎醉河水庫工程位于貴州省黔東南州凱里市境內清水江支流鴨塘河上，本工程近期的開發任務是以供水為主，供水對象為凱里市城市生活和一般工業用水，屬中型水庫，具有多年調節特性。主要樞紐建筑物有大壩、溢洪道、底孔、取水管、泵站、出水管線等。提水泵站位于壩后，自嘎醉河水庫取水，水泵加壓后輸水至已建成的里禾水庫渠道后自流至水廠供水，供水量為2 448 m3/h，裝機規模定為4 ×280 kW(3 用1 備)。

2 工程取水方式比選

本泵站為庫內取水，管路及閥門的水頭損失暫按3 m確定。因此最大凈揚程為83 m，最小凈揚程為31.5 m，P =95%設計凈揚程為58 m，提水流量為2 448 m3/h。由于揚程變幅很大，可考慮以下幾種取水方式:

2.1 深井泵“平硐+深井”取水

該方案就是在水庫岸邊先打一豎井，再打一水平隧洞穿入水庫，將水庫水引入豎井。由于受水庫水位變幅的影響，最大揚程與最小揚程的比值為2.635，范圍太大，深井泵軸較長(約52 m)，且在該揚程變幅范圍內無法保證深井泵在高效區穩定的運行，既不節能又不能保證供水的可靠性［1］。

2.2 深井泵“庫內框架式”取水

庫內框架式泵房方案，也就是將補給水泵房設置在水庫庫區內，一般應布置在較緩岸坡，下部結構采用框架式，四周進水，取水設施采用深井泵。該方案不僅廠房結構復雜，因此不可取。

2.3 浮船式泵站取水

該方案適用條件是河流水位變幅在10 ～35 m，河床較穩定，聯絡管采用搖臂式接頭時，岸坡角度宜＞45°。浮船式取水的特點:①由于浮船隨河水面漲落而自動的上下移動取水，它所取的水始終是水源體的表層水，因而取水含沙量最少，受河床泥沙影響小;②由于吸水室淺，所用清污設備簡單、可靠、造價低;③它在江河水位變幅較大時比固定式取水泵房投資低，上馬快;④它的缺點是:洪水期運行時，隨著江水漲落拆換輸水管接頭，貴州山區山洪特點是漲得快、落得快，因此拆換水管接頭困難;還需定期對鋼結構作防腐處理等運行管理、維護較麻煩。

2.4 壩后固定式取水

壩后固定式泵房取水方案，是用一根直徑為DN800 長為85 m 的壓力鋼管接直徑為0.4 m 長為330 m的水庫導流洞將水引至泵房，加壓后經兩根直徑為DN600 長為180 m的壓力鋼管提水至已建的里禾水庫渠道自流至水廠，該方案廠房結構簡單，管路可靠，且所選用的中開離心泵通過變頻運行能很好的滿足在該揚程變幅范圍內高效、穩定的運行，節能效果顯著，檢修維護成本低［2］。

因此根據本站實際情況，經與相關專業商討后共同決定，最終選擇壩后式泵房的取水方案。

3 主泵選擇

3.1 水泵設計工況點的確定

首先，本泵站從庫內有壓取水，受水庫水位變幅影響，凈揚程范圍為31.5 ～83 m，最大揚程與最小揚程的比值即2.63，范圍太大。經過調研國內外水泵生產廠家，考慮采取對水泵進行變頻調速措施以滿足本工程的實際要求。

其次，本泵站P =95%對應的揚程為58 m，如果以H =58 m作為水泵的設計揚程Hr，Qr=816 m3/h作為水泵的設計流量，經過咨詢多家國內外專業的水泵生產廠家得知:若不變頻，當Hmax =83 m時水泵不能正常出水，且在水頭段31．5 ～58m 之間水泵每年運行所消耗的電量比變頻后多約110 萬kW·h;若采取變頻技術，則水泵在Hmax =83 m，Qr = 816 m3/h 時比在H = 58 m，Qr =816 m3/h時軸功率增大80 kW左右，這樣很容易損壞水泵，不能保證水泵的安全運行。

因此，設計上考慮以最大揚程83 m作為水泵的設計揚程，816 m3/h作為水泵的設計流量，即Hr =83 m，Qr =816 m3/h作為水泵的設計工況點來選型，通過變頻降速運行來滿足水泵揚程的變化，這樣既能很好的保證水泵在揚程變幅31.5 ～83 m高效、安全穩定的運行，又能保證其出水量始終為設計流量Qr =816 m3/h，達到節能的目的。

3.2 電機布置型式的選擇

電機若選擇臥式布置方案，廠房尺寸長為28.5 m，寬為7.5 m，受地形條件的限制，為了盡可能減小廠房縱向尺寸，最終確定電機采用立式安裝，立式布置廠房長為15.5 m，寬為7.5 m。

3.3 水泵參數的選擇

本泵站布置于壩后，設計凈揚程為Hr =83 m，單泵提水流量為Qr =816 m3/h，本階段擬定單級雙吸立式中開離心泵為代表機型。基于采取變頻調速措施后，水泵的選擇原則為:在設計工況點時，效率最高;水泵在揚程變幅31.5 ～83 m高效運行，并保證設計流量。以下就專業生產廠家所推薦泵型進行比選，主要性能參數見表1。

表1 嘎醉河泵站水泵廠家推薦的泵型性能參數表

經分析，在設計揚程83 m時，制造廠一比制造廠二生產的水泵效率高0．9%;P =95%對應揚程58 m時，制造廠一比制造廠二所生產的水泵效率高2%:在平均揚程44 m時，制造廠一比制造廠二所生產的水泵效率高2.8%。根據上述分析:本階段初步確定Omega250—600B 型水泵為代表機型。

選定機組設計工況的主要參數見表2。

表2 選定機組設計工況一覽表

配套電機參數見表3。

表3 配套電機參數表

4 節能效果分析

4.1 水泵節能設計

根據《泵站設計規范》(GB/T50265—2010)，泵站裝機臺數與泵站的流量變化幅度和年運行小時數有關，流量變化幅度大和年運行小時數高的泵站，臺數宜多，流量比較穩定和年運行小時數低的泵站，臺數宜少;年運行小時數高的泵站，至少設有1 臺備用;年運行小時數低的泵站，可不設備用。因本站揚程變幅大，需變頻器滿足揚程要求，高壓電機采用的變頻器比低壓電機采用的變頻器投資多100 萬元右，另外本站進線為35 kV，降壓到兩種電壓等級的降壓變差別不大。因此采用4 臺機方案。泵站的供水泵詳細情況見表4。

表4 泵站的供水詳情

所選用水泵為中開式單級雙吸離心泵，水泵比轉速ns 為:

則水泵能效情況見表5。

表5 水泵能效情況一覽表

水泵效率達到GB19762—2007《清水離心泵能效限定值及節能評價值》目標能效限定值的要求。

由于揚程變幅大，常規水泵難以滿足如此大的揚程變化，因此需采用變頻，按最大揚程做設計工況點進行水泵選擇并選擇配套變頻電機。

4.2 單位提水電耗指標分析評價

嘎醉河水庫年供水總量為1 720 萬m3。

泵站裝機容量為4 ×280 =1 120 kW，年消耗電量為274 萬kW·h，設計揚程為58 m。

泵站單位提水揚程單耗小于SL255－2000《泵站技術管理規定》要求的5 kW·h/kt·m。

4.3 節能措施評價

工程本著合理利用能源、提高能源利用效率的原則，遵循節能設計規范，從設計理念、工程布置、設備選擇、施工組織設計等方面已采用節能技術，選用了符合國家政策的節能機電設備和施工設備，合理安排了施工總進度。符合國家固定資產投資項目節能設計要求。

［1］許文斌，馬國清. 慈溪市中西河區水資源供需平衡分析及四灶浦海涂水庫提水泵站規模確定［J］. 浙江水利科技，1994(03):7－11．

［2］林潮．張峰水庫提水泵站供電線路施工方法簡述［J］. 山西水利，2014(01):50－51．