靈山新建電排站泵站設備選型及結構設計分析

王圓圓

(東莞市水利勘測設計院有限公司，廣東 東莞 523115)

1 工程概況

銅盂鎮現有東山排洪渠，自東北向西南流向，流經新橋村匯入官田溪，主要承擔新橋村、溪邊村、河隴村及深坽村這四個村的排澇任務，集雨面積約4.19 km2，東山排洪渠出口建有排澇涵閘。由于該區域地勢較低，洪水期，外河官田溪水位高于新橋村東山排洪渠水位，為了防止外河官田溪倒灌進東山排洪渠，新建靈山電排站，洪水期關閉排洪渠路下閘，同時啟動靈山新建電排站將該區域的澇水抽排入官田溪，經官田溪入北港河，因此，新建靈山電排站與東山排洪渠排澇閘共同承擔排除靈山澇區澇水。靈山電排站新建工程位于銅盂鎮官田溪與新橋村東山排洪渠交接處，工程排澇面積4.19 km2，設計排澇流量6.82 m3/s，總裝機容量520 kW，裝機2臺，屬于Ⅳ等小(1)型電排站。

靈山電排站特征水位及主要參數：綜合排澇模數為1.493 m3/(s·km2)，排澇流量為6.26 m3/s；設計防洪水位5.34 m；設計洪水位4.87 m。最高運行水位5.11 m；水泵最低揚程1.31 m；水泵設計揚程4.68 m；水泵最高揚程5.55 m。

2 設計標準

根據《治澇標準》《廣東省防洪(潮)標準和治澇標準》和《練江流域綜合整治規劃(水利部分)》，在《練江流域綜合整治規劃(水利部分)》中已經明確其治澇標準為“練江流域重點城鎮澇區按10 a一遇24 h設計暴雨1 d排干，以農田為主澇區按10 a一遇24 h設計暴雨3 d排干”。由于靈山澇區城鎮及菜地、水田面積分別占46.5%與53.5%，基本上為各占一半，因此按照加權平均法，確定靈山澇區排澇歷時為2 d是合適的。

本次銅盂鎮靈山新建電排站工程排澇設計標準采用10 a一遇最大24 h暴雨所產生的徑流量2 d排干設計。

3 泵組設備選擇

根據泵軸的布置情況，軸流泵的結構形式有立式軸流泵、貫流泵及潛水泵。由于立式軸流泵具有安全可靠、技術成熟、進出水流態好、經濟運行等優點，因此本文采用立式軸流泵方案。

3.1 機組臺數、參數的選定

(1)水泵選型比較

機組臺數選擇考慮因素[1]：①投資方面，當泵站流量相同，機組臺數越少，則機電設備少，泵房面積小，泵站土建投資和機電投資都會減少，但單泵容量過大，水泵的汽蝕性能降低，泵站的開挖深度增大，以致加大工程及施工難度。②運行管理，主水泵臺數少，單機容量大，機電設備的效率高，維修管理較方便，所需的運行管理人員少，維修費用較低。③泵站工作任務的保證性和適應性，當水泵機組臺數越多，可以適應不同時期的不同排水要求，即使運行中個別機組發生故障，對排水的影響也越小。

結合本工程的實際，根據特征揚程及流量，經初步比選后，推薦900ZLB-85和1200ZLB-125兩種泵型進行方案比較，水泵臺數選用4臺、2臺，水泵選型方案比較見表1。由于該工程泵站為排澇泵站，年利用小時數很低，所以不考慮備用機組。

根據表1中方案對比，結合電排站實際情況及規模，方案一泵組臺數較多，維護工作量大且土建、設備費用較高、機組運行較不經濟，土建占用征地面積大難以實施，因此本工程推薦采用方案二，即裝機臺數為2臺，型號為1200ZLB-125。

表1 水泵選型方案比較表

(2)電機容量的選擇

電動機的容量按水泵運行可能出現的最大軸功率選配，并留有一定的儲備，儲備系數選取1.05。泵站水泵型式為半調節式軸流泵，經計算比較，最大揚程工況下的軸功率為最大軸功率，配套電動機的功率計算如下。

根據1200ZLB-125型軸流泵工作性能曲線，得出校核工作點參數Hmax=5.22 m，Q=3.24 m3/s，η=82.7%。

按照電動機標準容量系列選取，本站單臺水泵配套電機功率為260 kW。

(3)泵組型號及參數

根據上述水泵選型及臺數比較，選擇本排澇站水泵機組型號及其主要參數見表1。

(4)進水流道型式選擇

根據《泵站設計規范》有關規定：“泵站進出水流道型式應結合水泵型號、泵房布置、泵站揚程、進出水池水位、查和斷流方式等因素，經技術投資綜合比較確定。”目前因開敞式流道應用較普遍，泵組及水工結構簡單，安裝方便，運行可靠，開挖深度小，投資較省，故泵站進水采用開敞式流道的型式。

(5)裝置效率計算

1)計算參數

設計凈揚程3.67 m；設計最高凈揚程4.21 m；單泵設計流量3.41 m3/s。

2)管路效率計算

設計總揚程4.68 m，則水泵管路效率。

3)水泵效率

根據水泵揚程、流量查1200ZLB-125(-2°)水泵工作性能曲線可知：

①在設計揚程下1200ZLB-125(-2°)的排澇水泵效率為83.9%，流量為3.41 m3/s，能滿足設計要求，并使水泵在高效率區工作。

②在最高揚程下1200ZLB-125(-2°)的排澇水泵效率為82.3%，流量為3.24 m3/s，能滿足設計要求，并能安全運行。

4)泵站裝置效率計算

ηst=η泵η電機η傳動η池η流道=0.839×0.93×1×1×0.784=61.2%，接近規范要求。

(6)水泵安裝高程

水泵的安裝高程既要滿足水泵汽蝕性能要求又要滿足水泵進水管淹沒深度要求。經初步計算并結合廠家提供的泵組資料要求后，確定本工程泵站水泵安裝高程均為0.7 m。

(7)水利過度過程分析

本工程采用立式軸流泵，由于為一機一管至出水布置，泵站機組出水管線較短，泵站揚程較低，水泵在各種運行工況下，水力過渡平緩，而且在出口均裝設有斷流設備，正常停機及事故停機的水錘及泵組速率上升均可滿足規范要求。

(8)配套電動機的選型

配套電動機的功率根據水泵最大軸功率計算，并取1.1的儲備系數。最大揚程工況水泵軸功率為226.5 kW，參照現行的電機產品系列，選用額定功率為260 kW的JSL-14-12型立式電動機作為水泵的配套電動機。所選電機可以滿足各種工況正常工作的需要。本次選用方案的泵型配套電動機型號及參數見表2。

表2 配套電動機參數表

3.2 輔助設備

本站輔助設備包括技術供水系統、檢修排水系統、滲漏排水系統[2]。

(1)技術供水系統對象包括：電動機軸承冷卻潤滑用水、水泵推力徑向組合軸承冷卻潤滑用水、水泵導軸承潤滑用水。技術供水設置一用一備兩路水源，主用水源由供水泵從泵站循環水池抽取，備用水源由市政供水管網引入。兩路水源共同接入技術供水干管。

主用水源選用兩臺離心式管道泵，一用一備。技術供水泵主要技術參數如下：型號L65/170-5.5/2，設計流量Q=15.2 m3/h，設計揚程H=30 m，配套電機功率N=5.5 kW。備用水源市政供水引入管直徑不小于DN80。

(2)本泵站檢修排水對象為泵組檢修時，檢修門關閉后進水流道內積水。檢修排水系統由兩臺離心泵及相應的閥門管件等組成，其中檢修排水泵選用兩臺L100/200-3/4型離心泵(Q=50 m3/h，H=12.5 m，P=3 kW)，兩臺檢修泵互為備用。

(3)本泵站滲漏排水對象為集水井內積水。滲漏排水系統由兩臺潛水排污泵及相應的閥門管件等組成；其中滲漏排水泵選用兩臺50WQ/C242-1.5型潛水排污泵(Q=17.5 m3/h，H=14 m，P=1.5 kW)，兩臺滲漏排水泵采用耦合式安裝且互為備用。

4 泵站設計

根據選定的站址、水泵型式、裝機臺數和建筑物相對位置關系，同時結合官田溪堤防及周邊道路關系，擬定新建主廠房軸線近似平行堤軸線，備用電源室位于在主廠房左側，主廠房現通過新建道路與堤后道路相通。

電排站為堤后式布置，濕式型泵房，主廠房平面布置主機間和安裝間兩部分，電排站采用立式軸流泵，主機組為單列式布置，主廠房總長為14.90 m，總寬為9.8 m，總高為17.10 m，主廠房上部總建筑面積為119.20 m2。主廠房下部進水流道由邊墩和頂板組成，進水流道凈寬3.90 m，中間隔墩厚0.80 m，邊墩厚0.8 m，機組間距為4.70 m廠房下基礎側墻采用0.5 m，機組中心線布置在廠房中心線下游1.5 m處，機組中心線距廠房后墻凈空距離為2.26 m。

進水建筑物由引水渠、前池段(水平段、陡坡段)組成，主廠房位于東山排洪渠下游，水流可平順的流進泵室。引水渠工程對東山排洪渠20 m范圍內的渠道進行清淤，加固渠道兩側堤岸工程措施。渠底清淤高程為-1.00 m，局部超深處不做處理，兩岸擋土墻采用C20砼重力式擋土墻，墻頂高程為0.5 m，墻底高程為-1.30 m，墻高1.80 m。墻身結構，墻頂寬為0.5 m，迎水面直立，背水坡坡比1∶0.3，基礎前后趾長0.20 m，基礎下設0.15 m厚碎石墊層，其下采用2 m寬、1 m厚的塊石擠淤。擋土墻分縫為10 m，中間填充瀝青杉木板。擋土墻背后填土，坡面坡比1∶2，坡面采用生態砼孔磚護面。

進水前池長7.50 m，寬8.60 m，進口底高程-1.00 m，出口底高程-2.10 m，坡比1∶6，進口設攔沙坎，頂高程-0.60 m。進水前池結構設計采用C30鋼筋混凝土結構，墊層采用碎石砂墊層厚0.15 m，其下為1 m厚塊石擠淤。

水泵出口布置出水管、拍門、及出水池及消能設施等。水泵DN1200出水管內接泵房外伸縮節，外通出水池和玻璃鋼拍門。出水池寬7.9 m，長4.0 m，高2.60 m。出水池結構設計采用C30鋼筋混凝土結構，墊層采用C15砼墊層厚0.1 m。

5 結論

通過比較分析，靈山電排站泵站選擇具有運行安全可靠、技術成熟、進出水流態好、經濟運行等優點的軸流泵，組數2臺，不設備用機組，可以解決銅盂鎮在洪水期東山排洪渠排澇問題，并可以防治因外水倒灌導致洪澇災害。靈山電排站的建設，保障了銅盂鎮人民群眾生命財產安全。