大型泵站機組的選型設計

匡成華

大型泵站機組的選型設計

匡成華

一、工程概況

八里河是國家AAAAA級旅游景區，環保“全球500佳”，地處安徽省潁上縣，南臨淮水，東瀕潁河。八里河下游沿岸地勢低洼，而外河水位（潁河）較高，導致當地降雨形成的內水無法外排，形成“關門淹”。為減輕八里河流域洪澇災害，新建八里河泵站，汛期抽排內水，降低八里河高水位，并縮短高水位持續時間。

二、八里河泵站結構布置及泵型選擇

1.工程規劃條件

八里河泵站位于八里河與潁河交匯處八里河閘左側。該站的主要功能分為排湖，即抽排八里河湖區洪水；排圩，即抽排曹池溝澇水，并兼顧枯水期八里河流域周邊農田用水和八里河景觀用水需求反向補水。泵站具有抽排和反向補水功能，排澇標準為20年一遇，設計抽排流量為60m3/s，補水流量為16.5m3/s。工程等別均為Ⅱ等，大（2）型工程，主要建筑物級別均為2級。規劃設計參數見表1。

2.泵站泵型的選擇

八里河泵站三種工況設計凈揚程分別為 4.1m、4.2m、4.7m，最高凈揚程為5.3m、7.16m，泵站為低揚程大流量泵站，綜合比較采用軸流泵較為合適。軸流泵可分為常規立式軸流泵和潛水軸流泵。潛水軸流泵電機與水泵構成一體，結構緊湊，在安裝及機組運行等方面具有常規軸流泵無可比擬的優點。但潛水軸流泵解體維修需返廠進行，給運行管理帶來不便；單從土建結構方面而言潛水軸流可以省去上部廠房，土建投資較常規軸流泵節約；但大型潛水泵由于電機擠在流道中，裝置效率相對略低，總裝置效率比具有良好進出水流道的軸流泵低約2%。考慮到常規軸流泵應用廣泛，裝置效率較高，運行維護方便，該站采用常規立式軸流泵。由于八里河泵站運行工況較多，除了排湖、排圩以外還需要反向引水，流量變化較大，單一泵型難以滿足泵站各工況的運行，故采用大小機組搭配的形式。

3.泵站臺數的選擇

根據泵站排圩和反向引水的需要，小機組選擇3臺1400ZLB5-5型軸流泵。大機組參考南水北調工程TJ04-ZL-19水泵模型，初步擬定2臺、3臺和4臺機方案。選用三種方案進行比較見表2。

由表2比較結果來看，各種比較情況如下：

（1）性能方面：三方案的效率相當。

（2）ND值：方案二的值最小，表明方案二的氣蝕性最好。

（3）土建投資：泵站有不同機型，為方便施工泵站不同機組底板均采用同一高程。由于方案二和方案三底板由反向引水最低水位決定，底板高程一致，兩方案土建開挖深度相當，但方案二主廠房長度較短，因此土建投資方案二小于方案三。方案一由于葉輪直徑較大，肘形流道高度和葉輪的淹沒深度值皆較大，因此方案一的土建開挖較深，但主廠房長度較短，土建投資方案一略大于方案二。

綜合考慮方案二機組氣蝕性能較好，土建和設備投資較省，因此推薦選用方案二，即3臺1900ZLB和3臺1400ZLB5-5型水泵。

4.工程總體布置

八里河泵站采用堤后式，排澇分為排湖和排圩，排湖為排八里河洪水，排圩為排圩區曹池溝洪水。在排湖和排圩引水渠末端分別設置排湖閘和排圩閘。在排湖、排圩二向水系交匯處設置前池，始端分別與排湖閘和排圩閘相連接，末端與站身連接。站身6臺機組在平面上呈一列式布置，考慮抽排水流流態，大機組布置在泵站左側（靠近排圩閘側），采用肘型進水流道，流道進口設置簡易攔污柵、檢修閘門，出口設置事故快速閘門和拍門。小機組布置在站身右側，采用透空式，并作為引水通道，流道進口設置簡易攔污柵、出口設置拍門。站身出水側設壓力水箱，在平面上呈梯形布置，末端與排灌控制段相接。壓力水箱底層為引水通道，上層為抽排水流通道。壓力水箱上層流道右側布置引水涵洞，通至八里河閘上游。排灌控制段為鋼筋混凝土雙層箱型結構，靠出水側設排灌控制閘門，在不同工況下通過控制閘門控制抽排或引水。控制段后接出水涵洞，出口設置防洪工作閘門。

三、幾點設計體會

（1）八里河泵站根據其功能和排澇要求，參考類似泵站，采用大小機組組合的形式，滿足不同工況排澇條件下不同流量的要求。

（2）在不同型號組成的泵站中，由于不同型號水泵存在性能差異，因此需針對不同性能的機組，合理分配每臺機組運行時的流量，從而確定機組的臺數，使泵站整體效率最高。

表1 八里河站規劃參數表

表2 八里河站比選表

（3）從經濟評價來看，其社會效益、經濟效益和生態效益非常明顯，符合國家的環保、節能政策。

（4）目前許多大小機組組合泵站沒有在最優工況下運行，造成能耗和運行費用增加，因此泵站優化調度具有很重要的意義■

（作者單位：安徽省水利水電勘測設計院 230088）

（專欄編輯：顧 梅）