和平北站泵裝置選型設計與研究

吉慧敏 項德銀 張立堅 葉婷 紀星宇

摘要：和平北站位于清江浦區和平鎮齊湖村境內，該站主要是負責清江浦區順河洞中干渠以北的排澇任務。由于其建筑物破損，機電設備及金屬結構老化，實際運行中存在各種問題和安全隱患，2016年經淮安市水利局安全鑒定為四類閘，故對該工程進行拆建改造。通過對水泵的泵型和機組臺數進行比選，為今后其他的拆建改造工程設計提供一定的經驗。

關鍵詞：城市排澇? ?水利機械? ?泵型選擇? ?方案比選

Study on Pump Type Selection for PumpingInstallationin Heping North Station

JI Huimin1XIANG Deyin1? ?ZHANG Lijian1? ?YE Ting1 JI Xingyu2

（1.General Irrigation Canal Administration of Jiangsu Province;2.Qingjiang Pu District Bureau of Agriculture and Water， Huai’an，JiangsuProvince， 223001 China）

Abtract：Heping North Station is located in Qihu Village， Heping town， Qingjiang Pu District，which? is mainly responsible for the drainage task north of the main canal in Shunhe dong， Qingjiang Pu District. Due to the damage of the building， the aging of the mechanical and electrical equipment and the metal structure， there are various problems and safety hazards in the actual operation， it’s defined as the fourth type pump station after safety appraisal in 2016，Then we decided to demote and reconstruct this project. According to compare and select the pump type and unit number，some experience for other demolition， construction and transformation engineering design will be accessed in the future.

Key Words：Urban drainage;Water conservancy machinery;Pump type selection;? Scheme comparison

1 工程概況

和平北站位于清江浦區和平鎮齊湖村境內的二河東堤上，建成于20世紀60年代，排澇控制面積24.85km2，同時兼顧3萬畝耕地的灌溉任務，為地區經濟發展、社會穩定發揮了重要作用。

經過50多年的運行，泵站總體外觀老化嚴重，水泵部分連接螺栓銹蝕嚴重，管墊銹蝕嚴重，喇叭口銹蝕，軸封體與泵連接牢固，表面有銹蝕，填料密封完好但磨損嚴重，導葉體表面銹蝕。整體已經不能滿足安全運行的要求，2016年經淮安市水利局鑒定，根據《泵站安全鑒定規程》（SL316-2015），綜合評定和平北站為四類泵站[1]。鑒于此，和平北站已列入《江蘇省中型灌溉排水泵站更新改造規劃》。

本次擬新建泵站[2]設計流量10.5m3/s，單機設計流量2.625m3/s，堤后式布置，選用1000ZLB-70（+2°）型立式軸流泵，共4臺套，單機配套功率為315kW。站身下游側設清污機橋、進水池，進水側設一道檢修門（與安全格柵共槽），出水管采用拍門斷流。

2? 泵型選擇

2.1泵站設計水位及揚程

該工程的特征水位及揚程[3]見表1。

2.2機組臺數選擇

機組臺數[4]在方便運行管理的基礎上進行選擇，盡量減少站身開挖深度、減少施工征占地和方便運行管理。根據本工程泵站運行特征及擬建區域可利用面積，本次對4臺機組、3臺機組、6臺機組和6臺機組（維修現有水泵、電機）4個方案進行比選。

考慮其他結構均相同，本次方案比選土建上僅比較站身、出水池、翼墻等結構。具體參數見表2。

經比較，4個方案技術上均可行，其中方案三投資最大，方案四運行可靠性和使用年限無法保證，方案二投資、占地較少，但從機組檢修的影響角度看，方案一要優于方案二。由于本站為排澇泵站，運行可靠性要求較高，故綜合考慮，本次擬推薦方案一，即4臺機組方案。

2.3泵型選擇

2.3.1 方案一：4臺機組

選用4臺立式軸流泵[5]，喇叭管進水，彎管出水，采用拍門斷流方式。鑒于泵站建設初期的經驗，經比較擬選用1000ZLB-70（+2°）型，水泵性能曲線見圖1，參數見表3，水泵葉輪直徑為850mm，轉速為 490r/min，單臺水泵重為 4.90t。

水泵出口為DN1000 彎管，出水管擴散至DN1200，水泵工況點水力損失校核計算。

（1）局部損失計算。

喇叭口ξ=0.3，d=1.25m，2只伸縮節ξ=0.15，d=1.0m，擴散管ξ=0.3，拍門ξ=0.5，管出口ξ=1.0，d=1.2m。

將上述系數代入計算得出局部損失h局=0.83m。

（2）沿程損失計算。

其中，L=15.0m，n=0.013，代入得出沿程損失h沿=0.18，所以管路總水頭損失h=h局+h沿=1.01。

根據該泵設計流量為2.625m3/s，計算得出h損=0.99m，考慮0.2m攔污柵損失，則設計揚程為h=6.0+1.01+0.2=7.21m。根據設計流量和揚程，選用1000ZLB-70型立式軸流泵，葉片安裝角+2°。查水泵性能曲線得出，設計揚程工況下Q=2.9m3/s，H=7.21m，η=85.5%，軸功率為240kW，最大揚程工況下Q=2.55m3/s，H=8.22m，η=81.0%，軸功率為254kW，安全系數取1.1，配用電機功率N=315kW，水泵在該揚程下處于高效區運行。綜上所述，選擇該型號水泵滿足設計要求。

2.3.2 方案二：6臺機組

選用6臺立式軸流泵，喇叭管進水，彎管出水，采用拍門斷流方式。經比較擬選用700ZLB-70（-4°）型，水泵性能曲線[6]見圖2，參數見表4，水泵葉輪直徑為650mm，轉速為730r/min，單臺水泵重為1.5t。

水泵出口為DN700彎管，出水管擴散至DN1000，水泵工況點水力損失校核計算同以上公式計算。

（1）局部損失計算。

喇叭口ξ=0.3，d=1.0m，2只伸縮節ξ=0.15，d=0.7m，擴散管ξ=0.3，拍門ξ=0.5，管出口ξ=1.0，d=1.0m。

將上述系數代入計算得出局部損失h局=0.85m。

（2）沿程損失計算。

其中L=15.0m，n=0.013，代入得出沿程損失h沿=0.53m，所以管路總水頭損失h=h局+h沿=1.38m。

根據該泵設計流量為1.75m3/s，計算得出h損=1.38m，考慮0.2m攔污柵損失，則設計揚程為h=6.0+1.38+0.2=7.58m。根據設計流量和揚程，選用700ZLB-70型立式軸流泵，葉片安裝角-4°。查水泵性能曲線得出，設計揚程工況下Q=1.75m3/s，H=7.58m，η=86.0%，軸功率為151kW，最大揚程工況下Q=1.65m3/s，H=8.59m，η=84.5%，軸功率為165kW，安全系數取1.1，配用電機功率N=200kW，水泵在該揚程下處于高效區運行。

綜上所述，選擇該型號水泵滿足設計[7]要求。

2.3.3兩種方案比較

從對比表和水泵性能曲線可以看出，兩種方案性能參數[8]均能滿足規劃要求，從效率、能耗、投資及管理方面綜合考慮，兩個方案在技術上均可行，從工程直接投資、征占地角度比較，方案一較優，故本次擬推薦方案一，即4臺機組方案。

3 結語

根據和平北站的工程特點，拆建改造可行性方案中對泵裝置部分充分考慮了水力性能、運行費用、機組安裝、檢修維護，以及對土建的要求等方面進行研究，給出了具體的機組臺數和泵型參數，為其他排澇站的設計提供了一定的參考價值。

參考文獻

[1]國家住房和城鄉建設部，國家質量技術監督檢驗檢疫總局.泵站設計規范： GB 50265—2010[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[2]李端明，張印，肖若富，等.大型灌排泵站改造應用研究[J].中國農村水利水電，2020（3）：160-165.

[3]戴景.低揚程泵站水動力特性分析與主水泵選型研究[D].鎮江：江蘇大學，2018.

[4]吳敬峰.南水北調東線一期工程萬年閘泵站樞紐工程設計[C]//水利水電工程勘測設計新技術應用.2018：361-369.

[5]王麗，王乃剛，彭兵，等.南京市永宏泵站機組選型分析及CFD驗證[J].人民長江，2021，52（9）：155-159，166.

[6]彭飛宇.出口斷面寬度對泵站出水流道水力性能的影響研究[J].吉林水利，2021（8）：17-20.

[7]ZHANG BOWEN，CHENGg LI，XU CHUNLEI，et al. The Influence of Geometric Parameters of Pump Installation on the Hydraulic Performance of a Prefabricated Pumping Station[J].Energies，2021，14（4）：15-21.

[8]高玉香，沈瑞海，唐波，卓燕文.農田灌溉泵站布置方案研究探討[J].治淮，2020（1）：52-53.