金剛沱泵站水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了研究大型泵站水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型問題，結(jié)合重慶市渝西水資源配置工程金剛沱泵站的工程特性，詳細(xì)論述了水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型過程，包括技術(shù)供水系統(tǒng)、首次啟動(dòng)充水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、低壓壓縮空氣系統(tǒng)、透平油系統(tǒng)、絕緣油系統(tǒng)。通過綜合比較各方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加科學(xué)可靠。研究成果可為同類型泵站設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大型泵站； 水力機(jī)械； 輔助設(shè)備； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 渝西水資源配置工程

中圖法分類號：TV734文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.010

文章編號：1006-0081（2024）S2-0033-03

0引言

大型泵站是水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在排澇、灌溉、調(diào)水和供水工作等方面發(fā)揮著不可替代的作用［1］。國內(nèi)外對于水利泵站的水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)研究較少，通常在設(shè)計(jì)時(shí)參照水電站簡化配置［2］。然而，對于大型泵站來說，特別是承擔(dān)供水、調(diào)水、排澇的民生重大工程，水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)的可靠性顯得至關(guān)重要，它將直接影響泵站機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對重慶市渝西水資源配置工程金剛沱泵站的工程特性，詳細(xì)介紹了水力機(jī)械輔助設(shè)備各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型過程。通過綜合比較各方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加科學(xué)可靠［3］。

1泵站概況

重慶市渝西水資源配置工程金剛沱泵站位于江津區(qū)，站內(nèi)設(shè)有4組水泵，其中1臺備用。泵站從長江取水，長江水經(jīng)引水管自流入進(jìn)水井，由泵站提水后通過出水隧洞流入圣中水庫，再向東干線、西干線分水，該項(xiàng)目已于2022年8月完成水泵模型驗(yàn)收試驗(yàn)。泵站設(shè)計(jì)流量28.60 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程75.0 m，裝機(jī)容量36 MW。水泵安裝高程174 m，采用立式單級單吸離心泵，泵站預(yù)計(jì)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)6 724 h［4］。

金剛沱泵站水泵型號為HLPA1558-LJ-202，額定轉(zhuǎn)速375 r/min，運(yùn)行揚(yáng)程范圍為45～77 m，設(shè)計(jì)流量9.6 m3/s，水泵最大入力不超過9.0 MW，原型水泵設(shè)計(jì)效率為92.60%。水泵進(jìn)口電動(dòng)蝶閥口徑為DN 2 600 mm，水泵出口液控緩閉蝶閥口徑為DN 2 000 mm，設(shè)計(jì)壓力分別為1.0 MPa和1.6 MPa，采用臥式布置。液控蝶閥開啟采用接力器操作，關(guān)閉采用重錘操作，液控蝶閥后布置有一臺檢修閥，型式為液控緩閉全球閥。液控蝶閥和液控球閥的油壓裝置均采用蓄能罐式設(shè)計(jì)，工作油壓為16 MPa。泵站主廠房內(nèi)設(shè)有1臺63 t/10 t的單小車電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，整機(jī)工作級別為A3。

2水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1技術(shù)供水系統(tǒng)

該泵站技術(shù)供水的用戶：電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)軸承、推力軸承、空冷器、下導(dǎo)軸承、水泵水導(dǎo)軸承、主軸密封的冷卻水，單臺機(jī)組總用水量約為150 m3/h。主變壓器采用帶油循環(huán)泵的風(fēng)冷卻器，無需供水。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及泵站實(shí)際布置情況，技術(shù)供水方式采用水泵加壓供水，水源取自水泵進(jìn)水管檢修電動(dòng)蝶閥前，經(jīng)機(jī)組用戶后再排至進(jìn)水管電動(dòng)蝶閥后。這樣設(shè)計(jì)有利于減少管線的長度，同時(shí)可在一定程度上避免熱短路的出現(xiàn)。主軸密封采用兩路水源，一路取自技術(shù)供水總管，一路取自廠內(nèi)生活供水總管，采用電動(dòng)閥門進(jìn)行自動(dòng)切換，增加供水可靠性［5］。

從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，技術(shù)供水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元供水方式，即每2臺機(jī)組為一個(gè)單元，每個(gè)單元設(shè)3臺技術(shù)供水泵，2主1備，單機(jī)單泵運(yùn)行，輪流切換。由于泵站汛期過機(jī)泥沙含量（0.669 kg/m3）較大，年均含沙量0.138 kg/m3，莫氏硬度大于5的硬質(zhì)礦物占比大于50%，泥沙硬度較高。因此每個(gè)供水單元分別設(shè)置2臺濾水器和2臺旋流器（1主1備），用于過濾污物和沉淀泥沙。機(jī)組冷卻水支管設(shè)計(jì)為雙向反沖洗，即利用閥門的切換來實(shí)現(xiàn)進(jìn)水管/出水管的輪換，防止污物和泥沙堵塞水管。泵站機(jī)組技術(shù)取水聯(lián)絡(luò)總管還可向泵站公用消防給水系統(tǒng)和消防備用供水系統(tǒng)提供水。此外，泵站技術(shù)供水系統(tǒng)還配置了變頻器冷卻供水管路系統(tǒng)。

經(jīng)計(jì)算選型，本泵站共配置6臺額定流量為165 m3/h，額定揚(yáng)程為45 m的臥式離心泵，4臺額定流量為530 m3/h的全自動(dòng)濾水器，以及4臺額定流量為530 m3/h的旋流器。

2.2首次啟動(dòng)充水系統(tǒng)

水泵初次啟動(dòng)充水主要是向壓力管道充水，初次啟動(dòng)前出水總管內(nèi)未充滿水，剛開啟瞬間揚(yáng)程很小，水泵流量很大，機(jī)組振動(dòng)大，有可能引起電機(jī)過載，甚至損壞機(jī)組。水泵首次啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將出水管線充水至水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程至少2/3，使主泵具備良好的啟動(dòng)條件［4］。經(jīng)計(jì)算復(fù)核，本泵站配置2臺額定流量為200 m3/h、額定揚(yáng)程為50 m的管道離心泵，為全泵站出水管線充水。結(jié)合輸水管線特點(diǎn)，全站首次充水水量約為7 200 m3，首次充水時(shí)間約為18 h。

2.3檢修排水系統(tǒng)

檢修排水系統(tǒng)用于機(jī)組檢修時(shí)排除進(jìn)水閥和出水閥之間水泵進(jìn)水管、蝸殼及葉輪室內(nèi)的積水，采用間接排水方式。積水經(jīng)排水總管排至檢修集水井，由檢修集水井內(nèi)設(shè)置的2臺潛水排污泵將積水排至泵站進(jìn)水前池。排水設(shè)備容量按流道積水量、排水時(shí)間及漏水量選擇，經(jīng)計(jì)算后選用2臺額定流量為80 m3/h、額定揚(yáng)程為60 m的潛水排污泵。當(dāng)進(jìn)行檢修排水操作時(shí)，手動(dòng)開啟2臺水泵，當(dāng)積水排至停泵水位后，水泵操作改為自動(dòng)操作，1臺水泵工作，1臺備用，水泵的啟停由液位信號器輸出信號自動(dòng)控制［6］。

2.4滲漏排水系統(tǒng)

滲漏排水系統(tǒng)分為無油滲漏排水系統(tǒng)和含油污水排水系統(tǒng)。無油滲漏排水系統(tǒng)用來排除廠房水工建筑物的滲水、生活用水以及各種設(shè)備漏水等，采用間接排水方式，設(shè)置2個(gè)滲漏集水井，集水井用連通管連通。每個(gè)滲漏集水井選用2臺額定流量為80 m3/h、額定揚(yáng)程為60 m的潛水排污泵，1臺工作、1臺備用。積水由水泵從集水井排至泵站進(jìn)水前池，水泵的啟、停由集水井內(nèi)的液位信號器輸出信號自動(dòng)控制。含油污水排水系統(tǒng)用來排除空壓機(jī)室地面污水、油處理室地面污水以及機(jī)組含油污水等，設(shè)置1個(gè)含油污水集水井。選用2臺額定流量為30 m3/h、額定揚(yáng)程為60 m的潛水排污泵，1臺工作、1臺備用。積水由水泵從集水井抽至廠區(qū)油水處理設(shè)備，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放，水泵的啟、停由液位信號器輸出信號自動(dòng)控制。

2.5低壓壓縮空氣系統(tǒng)

由于泵站液控蝶閥和液控球閥均采用蓄能罐式設(shè)計(jì)，因此不設(shè)置中壓壓縮空氣系統(tǒng)。

低壓壓縮空氣系統(tǒng)供氣對象包括機(jī)組制動(dòng)用氣、檢修密封用氣和維修用氣三部分，供氣壓力為0.8 MPa。由于機(jī)組制動(dòng)用氣和空氣圍帶用氣的供氣可靠性要求較高，將機(jī)組制動(dòng)供氣系統(tǒng)與檢修供氣系統(tǒng)分開設(shè)置。主軸檢修密封空氣圍帶用氣量較小，從制動(dòng)供氣干管引入，同時(shí)將檢修供氣儲氣罐作為機(jī)組制動(dòng)供氣的備用氣源。機(jī)組制動(dòng)用氣主要由儲氣罐滿足耗氣要求，維修用氣主要由空壓機(jī)滿足耗氣要求，維修用氣的儲氣罐主要起穩(wěn)壓作用。

泵站選用2臺排氣量2.0 m3/min、氣壓為0.85 MPa的低壓空壓機(jī)（1主1備）；選用2只2 m3、氣壓為0.8 MPa的儲氣罐（1只制動(dòng)儲氣罐，1只檢修儲氣罐），并配置1臺排氣量1.0 m3/min、氣壓為0.85 MPa的移動(dòng)式空壓機(jī)。空壓機(jī)的啟動(dòng)和停機(jī)，由安裝在儲氣罐上的壓力開關(guān)控制，壓力值由壓力變送器送至泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.6透平油系統(tǒng)

透平油系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收新油、貯油、油的凈化以及向機(jī)組各個(gè)軸承供排油。綜合該泵站的氣象參數(shù)和機(jī)組轉(zhuǎn)速等因素以及主機(jī)廠的推薦，透平油系統(tǒng)選用L-TSA46透平油。

根據(jù)主機(jī)設(shè)備廠家提供的資料，單臺泵組總用油量約為4.2 m3，選用凈油罐和運(yùn)行油罐各1只，每只容積為5 m3。油處理設(shè)備選用2臺流量為3 m3/h 精密濾油機(jī)，1臺流量為3 m3/h的透平油過濾器，以及2臺2CY-3.3/3.3型齒輪油泵等。

2.7絕緣油系統(tǒng)

根據(jù)泵站地理位置條件及類似機(jī)組的運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)，不設(shè)絕緣油固定油罐。根據(jù)主變壓器實(shí)際用油量，設(shè)置1臺流量為6 m3/h的真空濾油機(jī)和1臺真空泵可以滿足工程需求。主變壓器為油變，采用戶外布置，因此設(shè)置了主變壓器事故油池排水設(shè)施。主變壓器事故油池設(shè)置2臺額定流量為50 m3/h、額定揚(yáng)程為15 m的潛水排污泵（1主1備）。當(dāng)正常排水時(shí)，事故油池內(nèi)排水泵的啟、停由液位信號器輸出信號自動(dòng)控制；當(dāng)主變壓器發(fā)生事故排油時(shí)，排水泵禁止啟動(dòng)，主變壓器事故油池的油混水由油罐車運(yùn)至廠外，采用專門的設(shè)備處理。

2.8水力量測系統(tǒng)

水力量測系統(tǒng)由全廠性測量和機(jī)組段測量各個(gè)項(xiàng)目組成。全廠性測量主要包括：進(jìn)水池水位、出水池水位及泵站出水池與進(jìn)水池水位差測量，圣中水庫水溫測量、防水淹廠房水位計(jì)等。機(jī)組段測量監(jiān)視項(xiàng)目有：泵組流量測量、水泵工作揚(yáng)程測量、水泵進(jìn)口流道壓力及壓力脈動(dòng)測量、蝸殼出口壓力及壓力脈動(dòng)測量、葉輪與頂蓋壓力及壓力脈動(dòng)測量、機(jī)組振動(dòng)擺度等項(xiàng)目的測量。這些數(shù)據(jù)均由壓力傳感器送至泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)［8］。

3結(jié)語

泵站水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是泵站機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提。在設(shè)計(jì)過程中，充分結(jié)合了泵站本身特點(diǎn)，并綜合比較了各種方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性，通過優(yōu)化各系統(tǒng)，使得泵站設(shè)計(jì)更加科學(xué)可靠，可為同類型泵站設(shè)計(jì)提供借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］王麗，王乃剛，彭英，等.南京市永宏泵站機(jī)組選型分析及CFD驗(yàn)證［J］.人民長江，2021，52（9）：155-159，166.

［2］李南，姚丹.木瓜溪水電站水力機(jī)械輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工程技術(shù)研究，2019（12）：200-201.

［3］沙魯生.水泵與水泵站［M］.北京：中國水利水電出版社，1993.

［4］錢瑭，岳志偉，杜博聞.大型立式蝸殼離心泵主要參數(shù)選擇及模型試驗(yàn)［J］.水利水電快報(bào)，2023，44（10）：88-92.

［5］水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定：N/BT 35035-2014［S］.北京：中國電力出版社，2014.

［6］劉峰，安剛.波波娜水電站水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2016，39（7）：65-67.

（編輯：江燾，舒忠磊）