大流量、中高揚(yáng)程泵站水泵選型探討

趙 娟 ，白綿綿 ，袁 靜

（1.陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001；2.陜西彬長(zhǎng)煤田水務(wù)有限責(zé)任公司，陜西 長(zhǎng)武 713602）

對(duì)同一泵站，不同設(shè)計(jì)者可能會(huì)選擇不同的水泵臺(tái)數(shù)及泵型，甚至同一設(shè)計(jì)者也會(huì)在眾多滿足設(shè)計(jì)參數(shù)的水泵泵型之間猶豫。不同型號(hào)的水泵尺寸、重量、性能參數(shù)等存在差異，同一型號(hào)不同廠家的水泵亦或多或少存在差別，選擇不同臺(tái)數(shù)的水泵及不同型號(hào)的水泵，會(huì)直接影響泵房布置型式和尺寸、起吊設(shè)備、工程投資、運(yùn)行管理等。因此，如何選擇最合適的水泵成為一個(gè)重要問(wèn)題。

陜西省某大型輸配水工程，設(shè)兩級(jí)加壓泵站輸水至凈水廠，以一級(jí)泵站為例：設(shè)計(jì)流量1.84 m3/s，站下設(shè)計(jì)水位834.00 m，站上設(shè)計(jì)水位1081.00 m，凈揚(yáng)程247.00 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程251.00 m。泵后采用雙管輸水，管道（單管）長(zhǎng)度1000 m，管徑DN1200 mm。

1 泵型分類理論基礎(chǔ)

為了對(duì)葉片泵進(jìn)行分類，將同類型泵組成一個(gè)系列，就需要一個(gè)能反映葉片泵共性的綜合性的特征數(shù)作為泵規(guī)格化的基礎(chǔ)，這個(gè)特征數(shù)就是葉片泵的比轉(zhuǎn)數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)是葉輪相似定律在葉片泵領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

但凡兩臺(tái)工況相似的水泵，他們的流量和揚(yáng)程和比轉(zhuǎn)數(shù)一定符合式（1），即泵葉輪的相似準(zhǔn)數(shù)[1]。

將模型泵的Hm=1 m，Qm=0.075 m3/s代入式（1），可得下式：

式中：Q為水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)流量，m3/s，（對(duì)雙吸泵取Q/2）；H為水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)揚(yáng)程，（對(duì)多級(jí)泵取單級(jí)揚(yáng)程）；n為水泵設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速。

葉片泵葉輪的形狀、尺寸、性能和效率都隨比轉(zhuǎn)數(shù)而變。因此使用比轉(zhuǎn)數(shù)ns，可對(duì)水泵進(jìn)行分類，見表1。

表1 葉片泵泵型分類

2 水泵選型

2.1 水泵臺(tái)數(shù)確定

水泵臺(tái)數(shù)直接影響廠房尺寸、工程造價(jià)。水泵臺(tái)數(shù)越少，單機(jī)功率越大，運(yùn)行效率越高，易于施工、運(yùn)行、維修及管理，但單臺(tái)水泵重量較重、流量調(diào)節(jié)性較差；水泵臺(tái)數(shù)越多，運(yùn)行調(diào)度靈活性越好，但廠房尺寸大，從而導(dǎo)致工程投資高。且對(duì)于梯級(jí)泵站來(lái)講，水泵臺(tái)數(shù)應(yīng)滿足上下級(jí)泵站之間的流量搭配要求，因此應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行調(diào)度靈活性綜合考慮選擇水泵臺(tái)數(shù)。

對(duì)供水泵站來(lái)說(shuō)，一般水泵臺(tái)數(shù)以3～9臺(tái)為宜，對(duì)于流量大于1 m3/s時(shí)，可選用不少于3臺(tái)，且該泵站屬于梯級(jí)泵站的一級(jí)泵站，考慮梯級(jí)間流量搭配因素，減少因流量搭配不當(dāng)導(dǎo)致下級(jí)泵站流量不足或者流量過(guò)大，因此設(shè)計(jì)考慮選用4臺(tái)。

該泵站常年不間斷運(yùn)行，為保證機(jī)組正常檢修或發(fā)生事故時(shí)仍能正常運(yùn)行，按規(guī)范要求多于3臺(tái)時(shí)，宜設(shè)2臺(tái)備用機(jī)組[2]。因此最終確定水泵臺(tái)數(shù)為6臺(tái)，4用2備。

2.2 不同葉輪級(jí)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)比選

表2 不同葉輪級(jí)數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)比較表

由泵站的基礎(chǔ)參數(shù)可知，離心泵較為適合該方案。由于水泵在低比轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)，泵更容易出現(xiàn)駝峰，比值越大，性能曲線越平緩，小流量點(diǎn)容易駝峰，泵內(nèi)流速高沖擊損失值大；而隨著比轉(zhuǎn)數(shù)增大，葉輪槽道相對(duì)地變寬，性能曲線跟著變得相對(duì)陡一些，關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程與設(shè)計(jì)工況的比值越小，水泵性能曲線在關(guān)死點(diǎn)附近曲線會(huì)有明顯的馬鞍形，會(huì)產(chǎn)生汽蝕振動(dòng)。因此從水泵長(zhǎng)期運(yùn)行平穩(wěn)性及可靠性來(lái)講，初步認(rèn)為中比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵2級(jí)葉輪、3級(jí)葉輪更適合本工程選型方案。

2.3 水泵型式比選

該泵站可供選擇的離心泵泵型分別為：臥式節(jié)段式多級(jí)離心泵、臥式中開多級(jí)離心泵。

臥式節(jié)段式多級(jí)離心泵，特點(diǎn)是將多個(gè)葉輪串裝在一根轉(zhuǎn)軸上，軸上葉輪數(shù)為泵的級(jí)數(shù)。由于各級(jí)葉輪都是單側(cè)進(jìn)水，水的軸向推力很大，所以通常在末級(jí)葉輪的后面設(shè)有平衡軸向力的平衡盤。

臥式中開多級(jí)離心泵，泵殼分為上下兩半，可沿軸水平面拆開泵殼以便檢修，葉輪為對(duì)稱布置，這樣布置的優(yōu)點(diǎn)是由水壓引起的軸向推力可自動(dòng)平衡以減小軸承承受的推力，此類泵型在陜西省東雷二期抽黃及山西北照等泵站應(yīng)用比較成熟。兩種水泵泵型比較見表3：

表3 泵型比較表

經(jīng)上述比較，結(jié)合與建設(shè)單位、水泵廠家的溝通情況，認(rèn)為臥式中開多級(jí)離心泵更適合該泵站選型要求。

2.4 最終選型

結(jié)合該工程，對(duì)單進(jìn)口和雙進(jìn)口泵型做如下比較，見表4。

表4 單、雙進(jìn)口泵型比較表

由上表知，單進(jìn)口水泵泵型效率較高，水泵重量較輕，且單臺(tái)單進(jìn)口水泵長(zhǎng)度比雙進(jìn)口水泵長(zhǎng)度小0.76 m，廠房尺寸至少可節(jié)約4.56 m，故而工程投資較低，且單進(jìn)口方案水泵能源單耗較小，因此上，最終采用單進(jìn)口泵型方案。

3 結(jié)語(yǔ)

文章依托陜西省某大型輸配水工程，探討大流量、中高揚(yáng)程水泵選型問(wèn)題。以比轉(zhuǎn)數(shù)分類為基礎(chǔ)，依次對(duì)水泵臺(tái)數(shù)確定、葉輪級(jí)數(shù)選擇、水泵型式比選和最終選型過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，在眾多泵型中選擇出適合本工程的水泵型號(hào)，同時(shí)給出水泵選型的一整套流程和方法，具有較強(qiáng)的工程指導(dǎo)意義。