抽水站水泵選型及方案探析

張 銳

（陜西省榆林市榆陽區(qū)紅石峽供水站，陜西 榆林 719000）

1 概況

引水工程計劃在榆溪河下游19.36 km 范圍內(nèi)修建22 眼水源井抽取地下水，經(jīng)集水管道匯集至一級泵站前池。根據(jù)本工程輸水線路的比選結(jié)論，推薦輸水線路沿線共布置四級加壓泵站，分別為一級泵站、二級泵站、三級泵站和四級泵站。項目設(shè)計供水流量為6.8 m3/s，年設(shè)計供水總量為9056 萬m3。

2 水泵特征及方案分析

2.1 輸水泵站特征參數(shù)

工程分為兩期，一期工程與二期工程的設(shè)計揚程基本一致，泵站的基本特征值及參數(shù)見表3。一期工程一～四級泵站的設(shè)計輸水能力為2.4 m3/s。二期工程的水源地設(shè)計流量為4.5 m3/s，加大流量為5.7 m3/s。首先是一期由滲流井經(jīng)干管集水，二期由地表水泵站取水，通過一級泵站加壓后經(jīng)4.23 km輸水至二級站前池；然后由二級泵站加壓，經(jīng)25.55 km 輸水至三級泵站前池，再通過三級泵站加壓，經(jīng)14.91 km 壓力管道段輸水至四級泵站前池；最后由四級泵站加壓，經(jīng)7.53 km 壓力管道段輸水至供水池。

2.2 水泵機型方案

水泵選型應遵循滿足、設(shè)計流量、設(shè)備先進、安全可靠、節(jié)能穩(wěn)定、安裝檢修方便等原則。本工程擬布置四座加壓泵站提水，結(jié)合擬建泵站機組的揚程范圍、流量范圍及工程布置特點，根據(jù)收集的水泵資料和生產(chǎn)廠家推薦的水泵方案，可選水泵結(jié)構(gòu)型式有單級雙吸中開式離心泵、臥式雙吸離心泵和立式單吸單級離心泵3 種。

（1）單級雙吸中開式離心泵適應大流量，較高揚程的泵站。其水泵效率比同類型泵高2%～3%，運行成本低。泵體結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，便于布置、機組檢修、拆卸方便，運行平穩(wěn)，噪音低，使用壽命長，泵體部分可根據(jù)使用條件的變化選用立式或臥式安裝。

（2）臥式雙吸離心泵適應較大流量，高揚程泵站。機組可臥式安裝，泵房為單層結(jié)構(gòu)，土建工程量較小，運行平穩(wěn)，噪音低，使用壽命長，機組檢修、拆卸方便，模型優(yōu)秀性能好，結(jié)構(gòu)新穎又可靠，維護方便。

（3）立式單級單吸離心泵適應大流量，較高揚程的泵站。機組立式安裝，泵房為多層結(jié)構(gòu)，土建工程量大，機組檢修、拆卸難度大。

根據(jù)水泵的結(jié)構(gòu)型式，結(jié)合有關(guān)的相近工程實例、泵站總體布置特點，以及設(shè)計流量、揚程范圍參數(shù)，綜合比較機型優(yōu)缺點，選擇如下：

（1）汽蝕性能：對于水泵的必須汽蝕余量，臥式泵一般小于立式泵。臥式水泵安裝高程較高，土方開挖量稍小，但臥式泵水平面積大，同等的臺數(shù)布置情況下廠房縱向長度偏大。

（2）總體布置及運行管理：立式泵對進水池水位變化適應性強，一般要做多層廠房，高度略大，檢修一般要先拆卸電機，工作量稍大。臥式水泵采用水平中開式，檢修維護方便。該工程一期的水源為漫灘孔隙水及巖溶裂隙水，水質(zhì)良好，泥沙含量極小，綜合分析各種泵型水力性能、機組造價、工程投資及運行檢修等因素，工程一期的水泵結(jié)構(gòu)型式初選單級雙吸中開式離心泵和臥式雙吸離心泵。工程二期水源為地表水，考慮水泵葉輪防磨蝕性能、安全和穩(wěn)定運行特性，二期水泵結(jié)構(gòu)型式初選臥式雙吸離心泵和軸向中開蝸殼式離心泵。

3 機組方案分析

根據(jù)工程總體布置、輸水線路及泵站分級比選結(jié)論，本工程一、二期均布置四級加壓泵站，且一、二期一～四級泵站的設(shè)計流量均相同。根據(jù)輸水流量規(guī)模，參照同類型工程經(jīng)驗并結(jié)合管理運行便利因素，泵站一期水泵適宜臺數(shù)為3 臺～5 臺，二期水泵適宜臺數(shù)為4 臺～6 臺。為適應梯級加壓站間流量搭配及運行管理，一至四級泵站的水泵臺數(shù)均應相同。考慮到工程的重要性，應備有一定數(shù)量的備用水泵。

3.1 機組臺數(shù)方案

由于本工程泵站單機流量大、揚程高，機組備選型號少，根據(jù)對目前國內(nèi)外市場的調(diào)研情況，一期以二級泵站為例，初擬以下三種機組臺數(shù)組合方案進行比較：方案A：二級站選用4 臺RDLO400-935A 型離心泵，水泵在主廠房內(nèi)呈一列式布置，泵后出水按4 臺水泵（3 臺運行，1臺備用）并聯(lián)，再合并成一根總管布置，采用單管輸水至二級泵站出水池。

方案B：二級站選用3 臺DFSS800-9/6 臥式雙吸離心泵，

水泵在主廠房內(nèi)呈一列式布置，泵后出水按3 臺水泵（2 臺運行，1 臺備用）并聯(lián)，再合并成一根總管布置，采用單管輸水至二級泵站出水池。

方案C：二級站選用5 臺DFSS500-9/4 臥式雙吸離心泵，水泵在主廠房內(nèi)呈一列式布置，泵后出水按5 臺水泵（3 臺運行，2 臺備用）并聯(lián)，再合并成一根總管布置，采用單管輸水至二級泵站出水池。機組選型方案見表1。

表1 機組選型表

二期工程以三級泵站為例，擬以下三種機組臺數(shù)組合方案進行比較：

方案A：三級泵站選用6 臺DFSS800-8N/6 型離心泵，主廠房內(nèi)水泵機組呈一列式布置，泵后出水按6 臺水泵（4 臺運行，2 臺備用）并聯(lián)，再合并成一根總管布置，由球墨鑄鐵總管輸水至四級泵站。

方案B：三級泵站選用3 臺DFSS800-9/6B 型離心泵，主廠房內(nèi)水泵機組呈一列式布置，泵后出水按4 臺水泵（3 臺運行，1 臺備用）并聯(lián)，再合并成一根總管布置，由球墨鑄鐵總管輸水至四級泵站。

方案 C：三級泵站選用 4 臺 DFSS800-9/6B 和 1 臺DFSS800-8N/6 型離心泵，主廠房內(nèi)水泵機組呈一列式布置，泵后出水按5 臺水泵（3 臺運行，2 臺備用）并聯(lián)，再合并成一根總管布置，由球墨鑄鐵總管輸水至四級泵站。機組選型方案見表2。

3.2 機組臺數(shù)方案比較

由于二級泵站選址廠區(qū)坡度較大，地形狹小，開挖整平后可供建設(shè)面積較小，且蓄水池的調(diào)蓄能力能滿足12 天～20 天的供水需求，所以無需備用兩臺泵，方案A 較方案C 更為合理。方案B 與方案A 比較，方案B 正常運行情況下水泵機組總功率為5600 kW，方案A 正常運行情況下水泵機組總功率為4800 kW，方案B 總功率大于方案A，后期運行費用較高，且方案B 水泵效率也低于方案A，能耗較高。綜合比較，方案A 更為合理，即選擇4 臺RDLO400-935A 型離心泵作為泵站一期工程使用，6 臺RDLO500-1035A 型離心泵作為泵站二期工程使用（當流量為4.5 m3/s 時4 臺泵運行，當流量為5.7 m3/s 時5 臺泵運行）。

二期工程設(shè)計流量4.5 m3/s，加大流量5.7 m3/s。水泵臺數(shù)根據(jù)設(shè)計流量計算確定，正常運行泵站流量為設(shè)計流量，特殊情況采取加大流量時，則方案A 為五用一備，方案B 為全部運行無備用，方案C 為三大泵一小泵運行，一大泵備用。方案B 運行過程中無備用水泵，供水保證率較低，因此本設(shè)計不推薦方案B。方案C 與方案A 比較，方案C 正常運行情況下泵組總功率為6720 kW，方案A 正常運行情況下泵組總功率為6400 kW，方案C 總功率大于方案A，后期運行費用較高，且方案C 初期投資高，泵站效率也低于方案A，能耗較高。綜合比較，方案A更為合理，即選擇6 臺DFSS800-8N/6 型離心泵作為三級泵站二期使用。

3.3 機組運行方式

水源地22 臺深井泵抽水流量通過水泵上閥門控制；四級輸水泵站每天連續(xù)運行22 個小時，一期各級泵站設(shè)計輸水流量均為2.4 m3/s，二期各級泵站設(shè)計輸水流量均為4.5 m3/s，加大輸水流量均為5.7 m3/s，二期泵站與一期運行狀況相似。為了提高供水靈活性，根據(jù)來水盡可能滿足不同臺數(shù)機組運行要求，輸水泵站每級擬安裝2 臺變頻調(diào)速裝置。

3.4 機組方案選型成果

（1）地表水泵站：選用4 臺DFSS900-24/8B 型單級雙吸中開蝸殼式離心泵（3 臺運行1 臺備用），配套4 臺YKK450-4 型710 kW 同步電機，泵站總裝機功率為2840 kW。

（2）一級泵站：一期選用 4 臺 SLOW400-600（I）型單級雙吸中開蝸殼式離心泵（3 臺運行 1 臺備用），配套 4 臺YKK560-4 型1250 kW 同步電機，泵站總裝機功率5000 kW。二期選用6 臺RDLO500-860A 型軸向中開蝸殼式離心泵（4 臺運行2 臺備用），配套6 臺YKK710-6 型1800 kW 同步電機，泵站總裝機功率為10800 kW。

（3）二級泵站：一期選用4 臺RDLO400-935A 型離心泵（3臺運行，1 臺備用），配套4 臺YKK630-6 型1600 kW 同步電機，泵站總裝機功率為6400 kW。二期選用6 臺RDLO500-1035A型軸向中開蝸殼式離心泵（4 臺運行2 臺備用），配套6 臺YKK710-6 型 2000 kW 同步電機，泵站總裝機功率為12000 kW。

（4）三級站：一期選用4 臺DFSS600-6N/6A 型臥式雙吸離心泵（3 臺運行 1 臺備用），配套 4 臺 YKK560-6 型 1120 kW 同步電機，泵站總裝機功率為4480 kW。二期選用6 臺DFSS800-8N/6型臥式雙吸離心泵（4 臺運行2 臺備用），配套6 臺YKK630-4 型1600 kW 同步電機，泵站總裝機功率為9600 kW。

（5）四級站：選用4 臺DFSS600-6/6B 型臥式雙吸離心泵（3臺運行1 臺備用），配套4 臺YKK560-6 型1120 kW 同步電機，泵站總裝機功率為4480 kW。二期選用6 臺DFSS800-8N/6型臥式雙吸離心泵（4 臺運行2 臺備用），配套6 臺YKK630-4型1600 kW 同步電機，泵站總裝機功率為9600 kW。

各泵站選型參數(shù)見表3。

表3 一～四級泵站工程特性表

4 結(jié)語

抽水站里，水泵的選型不僅決定著工程引水量的大小，還影響著供水的穩(wěn)定，文章根據(jù)水源和引水距離，以及機組運行中的安全優(yōu)化問題，對一、二、三、四級泵站一二期的水泵要求進行了探討，提出了切實可行的最佳優(yōu)化泵型選擇方案，可供抽水站建設(shè)進行參考。