鳳翔區(qū)東風(fēng)灌區(qū)一級站水泵機(jī)組選型方案比選分析

嚴(yán) 莉，鐘海強(qiáng)

（鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫灌溉管理處，陜西 寶雞 721400）

1 東風(fēng)一級泵站概況

鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫是一座以灌溉為主的中型水庫，1969年興建，1972年受益。樞紐工程由東風(fēng)水庫和東風(fēng)抽水站組成，東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站位于鳳翔縣彪角鎮(zhèn)三岔村西北方向，以東風(fēng)水庫為灌溉水源的臨庫式泵站，泵站建于20 世紀(jì)70年代，至今已運(yùn)行50年左右。受當(dāng)時(shí)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會條件的限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，自泵站投入運(yùn)行以來，由于維修資金匱乏，工程設(shè)施、機(jī)電設(shè)備維修管護(hù)不到位，各泵站建筑物和機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)均存在不同程度的安全隱患，導(dǎo)致灌溉效率逐年下降，從而影響整個(gè)泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全生產(chǎn)工作。根據(jù)灌區(qū)改造項(xiàng)目總體安排及資金計(jì)劃，急需對東風(fēng)水庫一級泵站進(jìn)行更新改造，本次重點(diǎn)對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行更新改造。

東風(fēng)抽水灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積3.32 萬畝，東風(fēng)一級泵站灌溉面積1.37 萬畝，水泵機(jī)組三臺，生產(chǎn)日期1969年，總裝機(jī)660 kW，揚(yáng)程25.7 m，設(shè)計(jì)總流量1.91 m3/s，其中一臺小泵流量為0.3 m3/s，型號為14sh-19A，配套電機(jī)為JO2-93A，另外兩臺型號為24sh-19A，單泵流量為0.805 m3/s，配套電機(jī)為Y400-43-6。

主廠房箱型干式泵房，建筑面積234 m2，電氣副廠房為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積9 m2；生產(chǎn)管理房11 間，為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積198 m2。壓力管道為單泵單管道輸水，管徑600 mm，共布置壓力管道3 條，單根總長89m，鋼管段總長37 m，預(yù)應(yīng)力承插式鋼筋砼管段長52 m，布置鎮(zhèn)墩5 座；出水池為矩形漿砌石結(jié)構(gòu)，池深3 m，長8 m，寬6 m，采用拍門斷流。泵站設(shè)進(jìn)水閘房1 座，安裝進(jìn)水閘閥2 臺，廠房內(nèi)安裝單梁橋式起重機(jī)1 臺，起吊噸位5噸。排水泵1 臺，功率1.2 kW。

泵站供電由紙坊變電所引出10 kV 線路，長10 km。在泵站主廠房左側(cè)設(shè)10kV 變電站，安裝1 臺S7-1000 kVA/10 變壓器，1 臺S7-180kVA/10 變壓器，站用變壓器容量30 kVA。

2 東風(fēng)一級泵站機(jī)電設(shè)備存在問題

根據(jù)鳳翔縣東風(fēng)水庫灌區(qū)泵站《現(xiàn)狀調(diào)查分析報(bào)告》《現(xiàn)場安全檢測報(bào)告》《工程復(fù)核計(jì)算分析報(bào)告》《安全鑒定報(bào)告書》，一級泵站機(jī)電設(shè)備存在問題如下。

（1）主水泵

現(xiàn)場查閱泵站運(yùn)行資料，結(jié)合泵站檢修記錄及現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告，主水泵運(yùn)行時(shí)間長，長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中，運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、噪聲大，且1#水泵聯(lián)軸器破損嚴(yán)重。

泵體：水泵外殼油漆部分脫落。過流部件：主水泵葉片、泵殼等過流部件汽蝕、磨損嚴(yán)重，水泵葉片平均磨蝕深度2.2 mm，泵殼平均磨蝕深度2.4 mm。軸承、填料函：因運(yùn)行時(shí)間長，軸承磨損、軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴(yán)重、漏油嚴(yán)重，運(yùn)行時(shí)軸溫偏高，并多次更換軸承；水泵軸磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致填料函密封不良、漏水嚴(yán)重，水力損失增大，影響水泵機(jī)組安全運(yùn)行。

主水泵運(yùn)行時(shí)間長達(dá)40 多年，長年處于陰暗潮濕的環(huán)境中，外殼油漆部分脫落，軸承及填料壓蓋處銹蝕嚴(yán)重、漏油嚴(yán)重，過流部件汽蝕嚴(yán)重，水力損失、機(jī)械損失增大，導(dǎo)致出流偏小，部分配件經(jīng)多次更換，運(yùn)行中仍存在振動(dòng)、噪聲大，軸溫偏高，水泵整體技術(shù)狀態(tài)差，存在嚴(yán)重的安全隱患，不能滿足泵站安全運(yùn)行要求。

（2）主電動(dòng)機(jī)

現(xiàn)場查閱泵站運(yùn)行資料，結(jié)合泵站檢修記錄及現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告，主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長，且長期處于陰暗潮濕的壞境中，繞組絕緣老化嚴(yán)重，運(yùn)行中振動(dòng)、噪聲大，軸承溫度偏高。

主電動(dòng)機(jī)外觀基本完好，定子線圈端部綁扎及定子鐵心槽楔有松動(dòng)現(xiàn)象。絕緣電阻：根據(jù)規(guī)范要求抽樣檢測1#電動(dòng)機(jī)，絕緣電阻符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 596-1996）5.4.1條中要求。直流電阻：根據(jù)規(guī)范要求抽樣檢測1#電動(dòng)機(jī)，定子繞組直流電阻不符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 596-1996）5.4.1 條中要求。

主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間長達(dá)30年，且長期處于陰暗潮濕的環(huán)境中，繞組絕緣老化嚴(yán)重，安全性能差，部分配件經(jīng)多次更換，運(yùn)行中仍存在振動(dòng)、噪聲大，軸承溫度偏高，電氣性能檢測部分參數(shù)不符合規(guī)程要求，電動(dòng)機(jī)整體技術(shù)狀態(tài)差，存在影響安全運(yùn)行的重大缺陷和事故隱患，不能滿足泵站安全運(yùn)行要求。

為此，鳳翔區(qū)東風(fēng)水庫灌溉管理處、陜西省泵（電）站檢測調(diào)試中心、陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院對東風(fēng)水庫灌區(qū)泵站進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查分析、現(xiàn)場安全檢測、工程復(fù)核計(jì)算分析。2017年3 月，寶雞市水利局主持召開了安全鑒定評審會，結(jié)論為：泵站建筑物評定為四類、泵站機(jī)電設(shè)備評定為四類、泵站金屬結(jié)構(gòu)評定為四類，泵站綜合評定為四類；建議盡早納入中型泵站更新改造項(xiàng)目。本文僅對東風(fēng)一級泵站更新改造項(xiàng)目中水泵機(jī)組選型方案進(jìn)行比選分析。

3 水泵設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

（1）輸水設(shè)計(jì)流量

依據(jù)灌區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模，泵站設(shè)計(jì)流量采用原泵站設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)總流量為1.91 m3/s。

（2）泵站凈揚(yáng)程H

東風(fēng)水庫設(shè)計(jì)總庫容1550 萬m3，興利庫容845 萬m3，死庫容155 萬m3。校核洪水位為751.1 m，正常蓄水位高程為749.4 m，死水位高程為740.3 m，水泵選型設(shè)計(jì)水位取興利庫容與死庫容間的加權(quán)平均高程。

表1 東風(fēng)水庫水位-庫容曲線表

依據(jù)東風(fēng)水庫水位-庫容曲線表及測量圖，水泵選型揚(yáng)程選擇如下：

H設(shè)計(jì)=630339/845=745.96 m；H最低取741.6 m（依據(jù)現(xiàn)狀地形高程取值）；H最高取749.4 m（正常蓄水位）。

揚(yáng)程H=管道出口水面高程－管道進(jìn)口最低水面高程

設(shè)計(jì)水位高程=762.9 m-747.99 m=14.91 m

最高水位高程=762.9 m-749.4 m（溢洪道頂高程）=13.5 m

最低水位高程=762.9 m-740.3 m（死水位高程）=22.6 m

表2 東風(fēng)灌區(qū)一級泵站更新改造前后設(shè)計(jì)水位及揚(yáng)程表

4 水泵機(jī)組選型方案初擬

東風(fēng)水庫一級泵站設(shè)計(jì)灌溉面積3.32 萬畝，本級灌溉面積1.37 萬畝，原機(jī)組總裝機(jī)功率660 kw，揚(yáng)程25.7 m，設(shè)計(jì)總流量1.91 m3/s，其中一臺小泵流量為0.3 m3/s，型號為14 sh-19A，配套電機(jī)為JO2-93A，另外兩臺型號為24 sh-19A，單泵流量為0.805 m3/s，配套電機(jī)為Y400-43-6。

考慮不同灌溉時(shí)節(jié)需要的灌溉流量不同，水泵選型初擬兩種不同方案，方案一采用三臺同型號水泵進(jìn)行灌溉；設(shè)計(jì)方案二采用兩臺大流量，一臺小流量，兩大一小三臺水泵進(jìn)行灌溉。由于水泵出水管長度不足100 m，兩方案均采用單機(jī)單管的運(yùn)行方式。

方案一：三臺同型號水泵機(jī)組運(yùn)行方案

根據(jù)設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)揚(yáng)程的要求，設(shè)計(jì)方案一選用三臺S600-24N/6A型單級雙吸臥式離心泵，水泵性能參數(shù)見表3。

表3 S600-24N/6A 水泵性能參數(shù)

方案二：兩大一小不同型號水泵機(jī)組運(yùn)行方案

根據(jù)設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)揚(yáng)程的要求，設(shè)計(jì)方案二選用2 臺S600-24N/6型和1 臺S400-21/4C型單級雙吸臥式離心泵，水泵性能參數(shù)見表4～表5。

表4 S600-24N/6(大泵)水泵性能參數(shù)

表5 S400-21/4C(小泵)水泵性能參數(shù)

5 水泵機(jī)組選型方案比選

考慮不同灌溉時(shí)節(jié)需要的灌溉流量不同，設(shè)計(jì)方案一采用三臺同型號水泵進(jìn)行灌溉，設(shè)計(jì)方案二采用兩臺大流量，一臺小流量，共計(jì)3 臺水泵進(jìn)行灌溉，兩方案均采用單機(jī)單管的運(yùn)行方式，兩種方案比較見表6～表7。

表6 水泵方案對比表1

表7 水泵方案對比表2

比較兩種方案可知，方案一和方案二在流量上差異不大，皆能滿足設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程的需要，但方案二裝置效率較方案一低，能源單耗高，且方案一的同型號三臺水泵運(yùn)行管理方便，故本次推薦方案一，水泵性能見表8。

表8 東風(fēng)灌區(qū)一級站推薦水泵（S600-24N/6A）性能表

6 電動(dòng)機(jī)選型

根據(jù)水泵單泵單管運(yùn)行工況分析計(jì)算，水泵機(jī)組軸功率最大為174.4 kW，故水泵設(shè)計(jì)選用異步電動(dòng)機(jī)，型號為YE3 355M2-6，設(shè)計(jì)功率為200kW，其防護(hù)等級為IP44型，技術(shù)參數(shù)見表9。

表9 東風(fēng)灌區(qū)一級站推薦水泵配套電動(dòng)機(jī)性能表

7 真空泵選型

設(shè)計(jì)3 臺水泵安裝在最低運(yùn)行水位以上，水泵的充水采用真空系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。真空泵的排氣量采用下式計(jì)算：

式中:Q 為泵組需要排出的空氣量,m3/min；Ha為泵站所在地相應(yīng)的大氣壓的水頭，Ha=9.46 m；W 為最大一臺水泵出水側(cè)電動(dòng)蝶閥以前管道以及水泵殼體內(nèi)的體積，經(jīng)計(jì)算W=9.9 m3；K 為備用系數(shù)，K=1.1；T 為主泵啟動(dòng)時(shí)間，T=3 min；hB為前池最低水位時(shí)的幾何吸水高度，hB=1.14 m。

經(jīng)計(jì)算，Q=4.13 m3/min。

設(shè)計(jì)選用SK-3 真空泵兩臺，一用一備，該泵排氣量5.3 m3/min，配套電動(dòng)機(jī)功率11 kW。兩臺真空泵布設(shè)在主廠房檢修間一側(cè)。主管道采用鍍鋅鋼管管徑Dg65 mm 通向每臺水泵的支管采用Dg25 mm。

8 結(jié)語

東風(fēng)水庫灌區(qū)一級泵站存在嚴(yán)重的安全隱患，不能滿足泵站安全運(yùn)行要求，泵站機(jī)電設(shè)備安全鑒定評定為四類，急需對泵站機(jī)組進(jìn)行更新改造。通過對三臺同型號和兩大一小不同型號單級雙吸臥式離心泵兩種方案進(jìn)行對比分析，在同時(shí)滿足設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程需要時(shí)，兩大一小不同型號水泵比三臺同型號水泵的裝置效率較低，能源單耗高，且三臺同型號水泵運(yùn)行管理方便，故東風(fēng)灌區(qū)一級站泵站機(jī)組更新改造推薦三臺同型號單級雙吸臥式離心泵方案，極大提高了水泵機(jī)組的效率，降低了能源單耗，使泵站的運(yùn)行管理更為方便和高效。