鳳陽縣天河電力排灌站水泵選型及安裝高程的確定

孫彥順

一、工程概況

鳳陽縣天河電力排灌站位于鳳陽縣西北部西泉鎮(zhèn)，系引提天河湖水進(jìn)行農(nóng)田灌溉的二級電力灌溉站。該站1989—1991年在原地方自建的柴油機(jī)灌溉站基礎(chǔ)上進(jìn)行改建，設(shè)計(jì)灌溉面積6 萬畝。擔(dān)負(fù)西泉、劉府兩鎮(zhèn)12 個(gè)行政村農(nóng)田灌溉任務(wù)，設(shè)計(jì)灌溉保證率80%，總裝機(jī)9 臺套，總裝機(jī)容量1115kW，其中一級站裝機(jī)4 臺套，裝機(jī)容量720kW，二級站裝機(jī)5 臺套，裝機(jī)容量395kW。泵站工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型。灌區(qū)內(nèi)主干渠有一、二級總干渠、泰山壩干渠和盤塘干渠，干支渠總長33.9km，電源引自劉府110kV 變電所，10kV 高壓專用線路長12km。

天河電力排灌站自1990年建成以來，經(jīng)過多年運(yùn)行，泵站和渠系配套建筑物損毀嚴(yán)重，機(jī)電設(shè)備老化失修，泵型老，能耗大。2016年9月，鳳陽縣水務(wù)局組織開展天河電力排灌站的安全鑒定工作，綜合評定天河電力排灌站安全類別為四類，建議對天河電力排灌站拆除重建。2021年2月，滁州市水利局印發(fā)《關(guān)于鳳陽縣天河電灌站中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目實(shí)施方案的批復(fù)》，批準(zhǔn)天河電力排灌站拆除重建。

二、水泵選型

（一）設(shè)計(jì)流量

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50288-2018），灌溉泵站設(shè)計(jì)流量應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)灌溉保證率、設(shè)計(jì)灌水率、灌溉面積、灌溉水利用系數(shù)及灌區(qū)內(nèi)調(diào)蓄容積等綜合分析計(jì)算確定。天河電力排灌站灌區(qū)的面積為4000hm2，設(shè)計(jì)灌溉水利用系數(shù)取0.62，渠首設(shè)計(jì)灌溉模數(shù)為0.81m3/（s·萬畝）。天河一級站設(shè)計(jì)灌溉面積為6 萬畝，經(jīng)計(jì)算得出，天河一級站灌溉設(shè)計(jì)流量4.89m3/s。同時(shí)根據(jù)《安徽省鳳陽縣天河泵站工程復(fù)核計(jì)算分析報(bào)告》（2016年編）中天河電力排灌站灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積6 萬畝，一級站設(shè)計(jì)流量為4.8m3/s。經(jīng)對比分析，初步設(shè)計(jì)天河一級站設(shè)計(jì)流量采用4.89m3/s。

（二）設(shè)計(jì)揚(yáng)程

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50288-2018），泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程應(yīng)按泵站進(jìn)出水池設(shè)計(jì)運(yùn)行水位差，并應(yīng)計(jì)入水力損失確定，在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下，應(yīng)滿足泵站設(shè)計(jì)流量要求。天河一級站取水水源為天河湖，死水位15.50m，正常蓄水位17.50m，農(nóng)業(yè)限制水位16.50m。根據(jù)近三年天河湖水位監(jiān)測資料，5—9月份平均水位均在18.00m。本次設(shè)計(jì)確定進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位為17.00m，出水池設(shè)計(jì)水位維持原狀不變?yōu)?5.40m。天河一級站水位設(shè)計(jì)成果如表1。

表1 天河一級站水位設(shè)計(jì)成果表

（三）水泵選型

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010），水泵選型應(yīng)能充分滿足設(shè)計(jì)揚(yáng)程與設(shè)計(jì)流量的要求，在加權(quán)平均揚(yáng)程下，水泵應(yīng)在高效區(qū)運(yùn)行，并具有良好的抗汽蝕性能。根據(jù)泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程和設(shè)計(jì)流量，結(jié)合特征揚(yáng)程，參照水泵產(chǎn)品樣本，初步選定混流泵。設(shè)計(jì)水泵臺數(shù)仍選用4 臺。并以臥式混流泵（650HW-7 型號）和立式混流泵（700HD-9 型號）兩種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。經(jīng)過列表分析，若采用立式混流泵方案，其流量偏大，主要部件在水下，容易銹蝕，日常維護(hù)與檢修不便，土建工程投資較大。

綜合考慮，設(shè)計(jì)選用650HW-7（590r/min）臥式混流泵，該泵型具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、安裝方便、流量大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)初步選定的泵型及管路布置，繪制管路特性曲線，計(jì)算水頭損失并確定水泵工作點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果如表2。

據(jù)表2所示，各工況下水泵均處于安全高效運(yùn)行，所選水泵滿足要求。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）規(guī)定，主電動機(jī)的容量應(yīng)按水泵運(yùn)行可能出現(xiàn)的最大軸功率選配，并留有一點(diǎn)的儲備，本次設(shè)計(jì)功率儲備系數(shù)取為1.10。設(shè)計(jì)揚(yáng)程工況對應(yīng)配套電機(jī)功率為165.98kW；最高揚(yáng)程工況對應(yīng)配套電機(jī)功率為171.08kW；最低揚(yáng)程工況對應(yīng)配套電機(jī)功率為164.65kW。故本次設(shè)計(jì)選擇單機(jī)配套電機(jī)功率為185kW，電機(jī)型號為YE2-355L2-10 的超高效率三相異步電動機(jī)，轉(zhuǎn)速590r/min，4 臺電機(jī)總功率為740kW。真空泵選用1 臺SZ-2 水環(huán)型真空泵，最大吸氣量3.4m3/min，電機(jī)功率7.5kW。

表2 水頭損失計(jì)算結(jié)果表

（四）泵站建筑物設(shè)計(jì)

泵站總體布置維持原狀不變，泵站主要建筑物有：進(jìn)水防洪閘、前池、泵房、出水池。其中泵房采用分基型泵房，泵房內(nèi)部設(shè)有配電間、管理間和檢修間等。

三、水泵安裝高程的確定

根據(jù)泵站設(shè)計(jì)規(guī)范及有關(guān)廠家水泵產(chǎn)品樣本，650HW-7（590r/min）型水泵汽蝕余量為7.8m，允許吸上真空高度為2.2m，修正后的水泵允許吸上真空高度為2m。

根據(jù)進(jìn)水管路的直徑、長度、糙率及其管路附件，計(jì)算進(jìn)水管路的阻力系數(shù)為0.4。計(jì)算出三種工況下吸水管路的水頭損失分別為0.65m、0.6m、0.73m。由此確定水泵最大安裝高度為1.4m。為確保水泵吸水條件，安裝高度按1m 考慮，確定泵站安裝高程為18m，與原水泵安裝高程一致。

泵房由下到上，依次分為電機(jī)水泵層和地坪層。根據(jù)水泵安裝高程及水泵高度，確定水泵層地面高程為15.70m，地坪層結(jié)合現(xiàn)有地形確定為20.70m。

泵房20.70m 以下采用C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚0.8m，墻厚0.5m，20.70m 以上采用框架結(jié)構(gòu)。站身順?biāo)鞣较蜷L度9.6m，垂直水流方向長度25.25m。變電室采用一側(cè)式布置，室內(nèi)地坪20.70m，啟動柜置于走道板上。進(jìn)站側(cè)設(shè)檢修間，檢修間高程20.70m，吊車梁延伸至檢修間內(nèi)，便于機(jī)組的吊裝、檢修，并設(shè)5t 電動起重機(jī)一臺，室外地坪高程20.50m。

四、結(jié)語

泵站工程設(shè)計(jì)，在水泵選型和安裝高程確定時(shí)，考慮到水泵長期使用后性能會下降，實(shí)際安裝時(shí)要把計(jì)算出來的安裝高度適當(dāng)調(diào)低一些，以適應(yīng)長期使用后，水泵允許吸上真空高度的降低。管路布置時(shí)盡可能減小管路水頭損失，使得水泵進(jìn)口處設(shè)計(jì)氣蝕余量盡可能大一些。水泵吸水性能的校核，應(yīng)用最不利工況進(jìn)行計(jì)算，以確保水泵正常吸水■