薛家坪提黃供水工程零級(jí)泵站水泵優(yōu)化選型研究

程天立

（山西省汾河水庫(kù)管理局，山西 太原 030006）

1 項(xiàng)目情況

柳林縣薛家坪供水工程是山西省柳林縣工業(yè)園區(qū)的骨干工程項(xiàng)目。該供水工程的零級(jí)泵站是將黃河水抽到一級(jí)泵站進(jìn)水池，設(shè)計(jì)流量1.5 m3/s，用于農(nóng)業(yè)灌溉1.00 m3/s，工業(yè)用水0.50 m3/s，凈揚(yáng)程25 m，是柳林縣重點(diǎn)供水工程。工程興建完成后將對(duì)本地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展和工業(yè)發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用，但由于該工程的取水水源為黃河水，含沙量顆粒多、硬度高、水位變幅大，因此水泵的優(yōu)化選型是該工程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要課題之一。

2 水泵選型理論

近年來(lái)，水泵行業(yè)設(shè)計(jì)研制出了諸多高效節(jié)能產(chǎn)品，如 QBY泵、IHF泵、CQB泵、PF泵、FSB泵、2XZ泵、ZW泵等型號(hào)的泵類產(chǎn)品，對(duì)降低泵的能源消耗起到了積極作用。但由于選型不合理，許多泵站處于不合理運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行效率低，浪費(fèi)了大量能源。

2.1 水泵選型原則

水泵選型應(yīng)遵循以下原則：一是在設(shè)計(jì)年份上，泵站應(yīng)滿足提水揚(yáng)程和提水流量的技術(shù)要求。二是水泵裝置在長(zhǎng)期運(yùn)行中，多年平均揚(yáng)程下的裝置效率高，運(yùn)行費(fèi)用少。三是在校核最高揚(yáng)程下，電機(jī)不得超載，水泵能正常工作。

2.2 水泵選型方法

一是根據(jù)泵站的設(shè)計(jì)流量并考慮備用要求初步確定水泵臺(tái)數(shù)。二是根據(jù)泵站流量和單泵揚(yáng)程，在現(xiàn)有產(chǎn)品中選擇適用的泵型。三是初擬泵裝置方案，完成管道特性計(jì)算，校核水泵在各種揚(yáng)程下的流量、效率指標(biāo)和汽蝕安全性指標(biāo)，并作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。如果沒(méi)有符合要求的產(chǎn)品或?yàn)檫m應(yīng)變工況運(yùn)行，可考慮變速、變徑、變角等調(diào)節(jié)措施，或根據(jù)工程需要委托廠家設(shè)計(jì)試制新型水泵。

3 水泵優(yōu)化選型

3.1 水泵類型選擇

柳林縣薛家坪提黃供水工程零級(jí)泵站設(shè)計(jì)流量為1.5 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程30 m，確定選擇sh型單級(jí)雙吸離心泵。綜合考慮水泵的臺(tái)數(shù)以4~8臺(tái)為宜和基本滿足本泵站流量和揚(yáng)程設(shè)計(jì)要求，初步選型有三種離心泵泵型符合要求，分別為12sh-13型離心泵、14sh-19型離心泵和20sh-13A型離心泵。

3.2 水泵選型方案及優(yōu)化比較

從泵站運(yùn)行工況（工作點(diǎn)、汽蝕、效率）、工程投資、運(yùn)行管理等方面對(duì)三種泵型進(jìn)行比較分析，以期得出最優(yōu)的水泵選型方案。

12sh-13型離心泵方案：按照流量269.9 L/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程26.5 m計(jì)算，所需水泵臺(tái)數(shù)5.56，取整為6臺(tái)水泵工作。初步擬定管路條件，取進(jìn)水口喇叭管直徑600 mm，進(jìn)水管管道直徑500 mm，進(jìn)水管長(zhǎng)11.0 m，出水管道直徑取500 mm，出水管線長(zhǎng)度取80.0 m，吸水管管頭損失為0.245 m，水泵安裝高程656.739 m不發(fā)生汽蝕條件。12sh-13水泵性能曲線與管路特性曲線應(yīng)用Excel繪圖，如圖1。

根據(jù)圖1可知，Q～H與管路特性曲線交點(diǎn)坐標(biāo)為A（270，28），即單泵工作流量為 270 L/s，揚(yáng)程為 28 m，效率為79%，處在高效運(yùn)行區(qū)，但效率不高，對(duì)應(yīng)的軸功率為93 kW。本方案需安裝6臺(tái)水泵工作，臺(tái)數(shù)較多，因此導(dǎo)致泵房尺寸較大，相應(yīng)配套設(shè)備及土建工程投資增加，加之12sh-13型離心泵市場(chǎng)參考價(jià)格為4800元，整個(gè)工程的投資較大。12sh-13型離心泵可適應(yīng)不同時(shí)期灌溉流量的要求，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，灌溉保證率高。但泵站建成后，要求的泵站管理和運(yùn)行工作人員增加，費(fèi)用增加。

圖1 水泵工作點(diǎn)推求圖

14sh-19型離心泵方案：由參數(shù)計(jì)算取整為5臺(tái)水泵工作。初步擬定管路條件，取進(jìn)水口喇叭管直徑600 mm，進(jìn)水管管道直徑500 mm，進(jìn)水管長(zhǎng)11.0 m，出水管道直徑取500 mm，出水管線長(zhǎng)度取80.0 m，計(jì)算吸水管水頭損失為0.349 m。水泵安裝高程654.13 m不發(fā)生汽蝕條件。將14sh-19型水泵性能曲線與管路特性曲線應(yīng)用Excel繪圖，如圖2。

圖2 水泵工作點(diǎn)推求圖

根據(jù)圖2可知，Q～H與管路特性曲線交點(diǎn)坐標(biāo)為A（345，27），即單泵工作流量為 345 L/s，揚(yáng)程為 27 m，對(duì)應(yīng)的效率為87%，處在高效運(yùn)行區(qū)且效率較高，對(duì)應(yīng)的軸功率為105 kW。

本方案需安裝5臺(tái)水泵工作，臺(tái)數(shù)較多，導(dǎo)致泵房尺寸較大，相應(yīng)配套設(shè)備及土建工程投資增加，但整個(gè)工程的投資不大。14sh-19型離心泵可適應(yīng)不同時(shí)期灌溉流量的要求，灌溉保證率高。但泵站建成后，要求的泵站管理和運(yùn)行工作人員增加，費(fèi)用較多。

20sh-13A型離心泵方案：由參數(shù)計(jì)算取整為3臺(tái)水泵工作。初步擬定管路條件，取進(jìn)水口喇叭管直徑750 mm，進(jìn)水管管道直徑600 mm，進(jìn)水管長(zhǎng)11.0 m，出水管道直徑取600 mm，出水管線長(zhǎng)度取80.0 m，計(jì)算吸水管水頭損失為0.262 m。水泵安裝高程655.21 m不發(fā)生汽蝕條件。將20sh-13A型水泵性能曲線與管路特性曲線應(yīng)用Excel繪圖，如圖3。

圖3 水泵工作點(diǎn)推求圖

根據(jù)圖3可知，Q～H與管路特性曲線交點(diǎn)坐標(biāo)為A（500，26），即單泵工作流量為 500 L/s，揚(yáng)程為 26 m，對(duì)應(yīng)的效率為84%，處在高效運(yùn)行區(qū)且效率較高，對(duì)應(yīng)的軸功率為147 kW。本方案只需安裝3臺(tái)水泵工作，臺(tái)數(shù)較少，泵房尺寸較小，土建工程投資較少；但相應(yīng)配套設(shè)備功率較大，費(fèi)用高，而且整個(gè)工程的投資較大。20sh-13A型離心泵對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力較小，適應(yīng)性較弱，灌溉和供水保證率低。但泵站建成后，要求的泵站管理和運(yùn)行工作人員較少，費(fèi)用少。

4 結(jié)論

綜上所述，6臺(tái)12sh-13型、5臺(tái)14sh-19型、3臺(tái)20sh-13A型離心泵三種方案，在水泵運(yùn)行工況分析方面，5臺(tái)14sh-19型離心泵方案具有運(yùn)行效率高，同時(shí)滿足不發(fā)生汽蝕條件；在工程投資方面，雖然水泵安裝臺(tái)數(shù)較多，但該泵型水泵的市場(chǎng)價(jià)格較??；在運(yùn)行管理方面，對(duì)水量的調(diào)節(jié)能力大，可適應(yīng)不同時(shí)期灌溉流量的要求，因此本泵站工程選擇5臺(tái)14sh-19型離心泵。