陜西省交口抽渭灌區張家排水站水泵機組選型淺析

劉錦鋒，張曉鋒

（陜西省交口抽渭灌溉管理局，陜西 渭南 714000）

1 泵站概況及存在問題

張家排水泵站位于渭南市大荔縣張家鄉李家村南，孝排干溝入渭處，渭河防洪大堤里程樁44+310、渭於10 斷面上游，控制排水面積13.67 萬畝。內設東、西兩個分站，共安裝6 臺泵組，總裝機功率885kW。泵站設計流量5.1 m3/s，設計凈揚程8.044 m。東站 1982 年 9 月開工，1983 月 11 月建成。安裝 3 臺20sh-28 雙吸離心泵，配套3 臺JS117-6 型115 kW 電動機。裝機功率345 kW，設計抽排流量1.80 m3/s。西站1988 年春季開工，1990 年7 月建成。安裝3 臺32Sa-19D 雙吸離心泵，配套3臺JS138-10 型180 kW 電動機。裝機功率540 kW，設計抽排流量3.30 m3/s。

張家排水站經過三十余年運行，主泵泵體、導葉體、葉片多處均產生了不同程度的汽蝕，泵軸、軸瓦、軸套磨損嚴重，填料密封破壞，影響水泵正常運行；水泵效率與泵站效率降低，出水流量減少；機組振動劇烈、噪音大；電動機繞組絕緣老化，運行溫升溫度都超過規程規定。設備帶病運行，若遇洪澇災害，不能保證正常除險排澇。為使泵站達到設計要求，充分發揮其效益，急需對水泵進行更新改造。

2 泵站設計流量及揚程

2.1 泵站設計流量確定

根據交口抽渭灌區一、二期排水設計資料，排水標準按10 年一遇三日連續最大降雨100 mm 產生的地下徑流進行設計，設計徑流模數為0.055 m3/（s·km2），則設計流量Q=F×M=13.67×104×667×0.055/106=5.01 m3/s。F 為流域面積，km2；M 為徑流模數，m3/（s·km2）。

2.2 擬采用高程

結合工程實際，擬定進水流道底面維持原高程不變即為334.903 m；進水池地板高程332.903 m；電機層地板高程338.753 m；機房外地面高程338.303 m。根據《陜西省渭河全線整治規劃及實施方案》，渭河渭南段堤將加高加寬，為使穿堤管道敷設與將來的防洪堤改造設計參數相銜接，本次擬對張家排水泵站更新改造工程所在堤段進行加高加寬。依據規劃及實施方案中該段防洪堤設計參數，站外堤頂高程為346.913 m（較原高程345.503 m 抬高1.41 m）。出水池底高程338.695 m（較原高程335.976 m 抬高2.719 m）；堤頂出水管中心高程344.43 m（較原高程343.947 m 抬高0.483 m）；出水池管中心高程339.795 m（較原高程337.176 m 抬高2.619 m）。

張家排水泵站所處渭河段50 年一遇設計洪水位為343.73 m。堤頂出水管中心高程344.43 m，初擬管徑Dg1000 和Dg800，從而計算得堤頂出水管底高程為343.93 m 和344.03 m，分別高于50 年一遇洪水位0.2 m、0.3 m。

2.3 設計凈揚程

①進水水位

按張排站前干溝設計斷面計算得：當設計流量Q=5.01 m3/s時，對應水深為1.70 m；當最小流量Q=0.72 m3/s 時，對應水深為0.70 m。張排站進水流道底高程為334.903 m，則：設計下水位=進水流道底高程+ 設計流量對應水深- 過閘柵損失=334.903+1.70-0.20=336.403 m；最低下水位=進水流道底高程+最小流量對應水深- 過閘柵損失=334.903+0.70-0.20=335.403 m。

②出水水位

設計上水位取堤頂出水管管頂高程，即：700HLB-10(-2°)設計上水位 =344.43+0.50=344.93 m；600HLB-11(-4°)設計上水位=344.43+0.40=344.83 m。

③凈揚程計算

700 HLB-10(- 2°)：Hmax凈= 設計上水位 - 最低下水位=344.93-335.403=9.527 m；Hmin凈= 設計上水位- 設計下水位 =344.93-336.403=8.527 m。

張家排水泵站原堤頂出水管底高程343.447 m，管徑Dg1000，原設計上水位為管頂高程即343.447+1.0=344.447 m，原設計下水位為336.403 m，原設計凈揚程=344.447-336.403=8.044 m，因此，本次計算所得設計凈揚程8.527 m 比原設計凈揚程高出0.483 m。

600 HLB-11(-4°)：Hmax凈= 設計上水位 - 最低下水位 =344.83-335.403=9.427 m

Hmin凈=設計上水位- 設計下水位=344.83-336.403=8.427 m

3 泵站水泵電動機組選型論證

3.1 參選方案

依據泵站設計流量及揚程，通過分析計算，提出三種可供比較的方案，分別為：方案Ⅰ（原泵型方案），即選用3 臺20sh-28 及3 臺32Sa-19D 臥式離心泵；方案Ⅱ，選用2 臺900ZLB-50 及 2 臺500ZLB-8.6 立式軸流泵；方案Ⅲ，選用 3 臺700HLB-10(-2°)及 2 臺 600HLB-11(-4°)立式混流泵。

3.2 方案比較論證

方案比較論證見表1。

表1 張排泵站水泵選型方案論證對比表

方案Ⅰ（原泵型方案），即選用 3 臺 20sh-28 及 3 臺32Sa-19D 臥式離心泵。該方案雖流量滿足規范要求，但水泵效率為81%，偏低，能源單耗為4.39 kW·h/（kt·m），偏高，故此方案不合理。

方案Ⅱ，選用2 臺900ZLB-50 及 2 臺 500ZLB-8.6 立式軸流泵。該方案雖流量滿足規范要求，但大小機組流量搭配不甚合理，運行不靈活，且水泵效率為80.9%，偏低，能源單耗為4.35 kW·h/（kt·m），偏高，故此方案不是最佳方案。

方案Ⅲ，選用 3 臺 700HLB-10(-2°)及 2 臺 600HLB-11(-4°)立式混流泵。該方案總流量5.21 m3/s，較所需流量5.01 m3/s 大3.99%，滿足規范要求，大小機組搭配合理運行靈活，水泵效率為86%，較高，能源單耗為3.88 kW·h/（kt·m），較低，各項指標較理想。

交口灌區共建有任排、西排、張排、柳林四座排水泵站，裝機29 臺套，除張排站安裝6 臺臥式泵組外，其余3 座泵站均安裝立式泵組。從立式泵組及臥式泵組數十年的運行管理情況來看，立式泵組啟動不需排氣充水，啟動方便迅速，啟動時間一般在10 s 以內，占地面積較小，要求泵房平面尺寸較小，管路短，水頭損失小，動力機安裝在上層，便于通風，有利于防潮、防洪；而臥式機組啟動前需進行排氣充水，啟動時間較長，一般在5 min 以上，占地面積大，要求泵房有較大的平面尺寸，水泵吸水管路長、水頭損失大，泵組安裝位置較低，容易受潮、受淹，影響安全運行。由于灌區汛期降雨量較集中，產流量較大，要求水泵迅速啟動投入運行及時將暴雨產生的田面積水排出，以減少作物淹水時間和淹水深度，保證作物正常生長，且泵站揚程較低（小于10 m），結合灌區實際及多年運行經驗，立式泵組較臥式泵組更能適應排水泵站安全高效運行的需要。另外，采用立式機組有利于防汛期間與其他排水泵站之間備品備件互用。綜上所述，方案Ⅲ明顯優于其它各方案，故方案Ⅲ為推薦方案。

依據所選定的水泵軸功率、轉數、電壓等級等技術參數，按照《泵站設計規范》（GB/T 50265-2010）和《泵站改造工程設計大綱》，700HLB-10 (-2°) 混流泵配套 YL2-315M-8 型 185 kW電動機，600HLB-11(-4°)混流泵配套 YL2-315M-6 型 132 kW電動機。

3.3 水泵工作點確定

以下只列出方案Ⅲ即 3 臺 700HLB-10 (-2°) 及 2 臺600HLB-11(-4°)立式混流泵工作點的詳細計算，其他方案的參數計算從略。

（1）裝置阻力參數（計算過程略）

①700HLB-10 (-2°) 混流泵：S=0.91 s2/m5；②600HLB-11(-4°)混流泵：S=1.73 s2/m5。

（2）水泵運行工況計算

700 HLB-10(-2°)混流泵機組：①最大揚程時，確保淹沒深度、不汽蝕、不過載及安全穩定運行。經計算當Hmax凈=9.527 m時，Qmin=1.15 m3/s，h損=1.203 m，H設=10.73 m，N軸=144 kW,η泵=84%。②設計揚程時，確保電機不過載及安全可靠運行。經計算當 Hmin凈=8.527 m 時，Qmax=1.23 m3/s，h損=1.377 m，H設=9.90 m，N軸=139 kW,η泵=86%。見圖1、圖2。

圖1 700HLB-10(-2°)水泵性能曲線圖

圖2 700HLB-10（-2°）混流泵工作點確定圖

600 HLB-11(-4°)混流泵機組：①最大揚程時，確保淹沒深度、不汽蝕、不過載及安全穩定運行。經計算當Hmax凈=9.427 m時，Qmin=0.72 m3/s，h損=0.897 m，H設=10.32 m，N軸=86 kW,η泵=85%。②設計揚程時，確保電機不過載及安全可靠運行。經計算當 Hmin凈=8.427 m 時，Qmax=0.76 m3/s，h損=0.999 m，H設=9.43 m，N軸=83 kW,η泵=85%。見圖3、圖4。

圖3 600HLB-11(-4°)混流泵特性曲線圖

圖4 600HLB-11（14°）混流泵工作點確定圖

（3）所需流量與泵站流量校核

700 HLB-10 (-2°) 混流泵：1.23 m3/s×3=3.69 m3/s；600HLB-11(-4°)混流泵：0.76 m3/s×2=1.52 m3/s；泵站總流量為5.21 m3/s，與所需流量5.01 m3/s 略偏大，滿足規范要求。

（4）在設計工況下，機組能源單耗和裝置效率

700 HLB-10(-2°)混流泵：η裝=69.2%，e=3.94 kW·h/（kt·m）；600HLB-11(-4°)混流泵：η裝=70.3%，e=3.88 kW·h/（kt·m）。

4 結語

2013 年，張家排水泵站更新改造工程完成，經過這幾年運行，水泵裝置效率明顯提高，能源單耗明顯下降，從平均6.13 kW·h/（kt·m）下降到3.88 kW·h/（kt·m），平均每年節約電能32 萬kW·h，年節省電費22 萬元。泵站工程實施以來，逐年抽排地下水，改善當地鹽漬土地質量，對提高糧食生產能力做出巨大貢獻，經濟效益顯著。