大流量潜水泵在新津工业园排涝泵站中的应用

时间：2024-07-28

许丽

(成都市水利电力勘测设计院，成都，610092)

许丽

(成都市水利电力勘测设计院，成都，610092)

新津工业园排涝泵站采用工期短、投资省的潜水式轴流水泵，运行稳定，建议推广。

排涝泵站水泵选型大流量潜水泵新津工业园

1 概述

新津工业园位于成都市新津县与彭山县交界处，紧临岷江干流金马河段。该园区地势较低，区间洪水不能完全靠自流排泄。园区内有一条小礼湃堰排洪渠，当岷江干流水位低于园区地面高程时，通过小礼湃堰排洪渠可以顺畅自流将区间暴雨洪水排入岷江河流；但在岷江干流金马河段发生常年洪水时，需关闭小礼湃堰排洪渠出口闸门，仅只能防止岷江干流洪水倒灌。为解决此时园区的内涝，须采用泵站排涝方案。

在小礼湃堰排洪渠末端的排涝闸旁新建排涝泵站一座，当洪水期岷江干流水位上涨时，关闭排涝闸，园区内涝水随小礼湃堰排洪渠汇集至排涝闸前，由泵站抽排至岷江干流中。经过水文和动能分析计算，园区多年排涝流量8.6m3/s，排涝泵站按10年一遇进行设计，设计排水流量为17m3/s。

由于排涝泵站流量稳定、年利用小时数低，按GB50265-2010《泵站设计规范》选型计算分析比较后，水泵台数以4台为宜，且站内可不设备用泵。

2 泵站技术指标及水泵选型

2.1 水泵扬程

对于任何一种水泵，能够高效率且安全稳定运行的扬程范围和泵站实际具有的扬程其范畴有所不同。从水泵本身来说，希望泵站的扬程和流量变化尽可能小，以便使水泵能够运行在高效率区；而对于泵站来说，则希望所选择的水泵尽可能适应泵站运行时可能出现的各种工况(包括一些比较恶劣的极端扬程和极端流量情况)，即扬程和流量范围尽可能的大。因此，泵站实际运行扬程变化幅度对于水泵参数选择影响很大，如果不加注意，就有可能造成水泵在投入运行后，因为运行点偏离水泵的最优运行区域或者安全运行区域而发生严重的气蚀和振动，或出现高扬程区供水流量不足等问题。

从水泵设计上，影响水泵参数选择的特征扬程是泵站的设计扬程和加权平均扬程，而最大和最小扬程则是校核所选水泵是否满足泵站供水能力和安全稳定运行性能的重要工况。

本排涝泵站最大扬程Hmax为8.52m，最小扬程Hmin为5.15m，加权平均扬程Hav为6.82m，考虑Hav和设计扬程Hp之比不宜过大，Hp确定为6.31m。

2.2 水泵比转速

水泵比转速作为表征水泵结构型式和性能的重要参数，一旦确定了其水平范围(可据泵站扬程范围所确定的泵型为基础，去选择相应比转速的水力模型，进而比较确定原型水泵的转轮直径、转速、安装高程等系列指标，确定机组尺寸、重量、机电设备和土建工程投资)，便为确定泵型参数打下了基础。同一水力结构形式的水泵，比转速的提高将有利于减小机组尺寸、降低设备造价和厂房布置尺寸，但水泵的空蚀性能和抗泥沙磨蚀能力会随着比转速的升高而下降，为保证水泵安全运行就需要较大的吸出高度而加大挖深，从而增加泵组的制造难度和泵房的投资。比转速随着当前科研、设计、制造水平的提高而有所提高，选择水泵时尽量考虑近几年有所改进且各方面性能优良的泵型。

按ns=3.65nQ1/2Hp3/4，本泵站的比转速在1400左右。

2.3 水泵效率

水泵效率是体现水泵技术水平的重要指标。高效率水泵其技术先进，可降低运行电耗、提高工程运行效益。低扬程大流量水泵效率有两种表达方式：泵段效率和包括水泵进出水流道的水泵装置效率。

对国内几个典型的水泵生产制造厂进行咨询，泵段效率基本集中在83.5%～90%，较之对几个比转速在600～1400间大泵站的统计数据83%～88.6%提高了近1.5%。因此，本泵站该类泵的泵段效率以控制在不低于84.5%为宜。

泵站装置效率主要包含了水泵装置效率、传动装置效率(如果有)和电动机效率。水泵装置效率是进、出水流道水泵装置特性的重要指标，受泵段和泵站总体水力设计、设备加工制造、安装及泵站流道施工等方面因素的影响，是对工程运行效益有实际价值的综合指标，在GB50265-2010《泵站设计规范》中规定：轴流式泵站和混流式泵站的装置效率不宜低于70%。电动机所具备的稳定、高效率连续运行能力对降低泵站运行成本十分重要。同步电动机与异步电动机在效率指标、功率因素等方面的差异，以及对设计选型的影响，都会直接影响到大流量泵站工程的安全、稳定、高效运行。电动机的额定效率与它的额定转速和容量密切相关，为获得投资合理、高性能电动机，应与水泵设备制造厂一起，对配套电动机制造厂进行资质审查和严格质量把关。

2.4 水泵结构型式比选

根据上述选型思路和技术指标参数，按泵站流量和扬程5.15m～8.52m的范围，本泵站以采用轴流式水泵较为合适。轴流式水泵中又有潜水式和普通立式两种结构型式。从泵组结构、厂房布置、安装检修、运行维护和工作环境来看，优缺点分述如下：

(1)普通立式泵：水泵和电机分层布置，便于电机检修；但厂房结构复杂，厂内噪音大，运行维护环境相对较差；此外工程投资较大，施工期也相对较长；

(2)潜水式泵：为机电一体，不分层，结构紧凑，厂房布置简单，安装检修简单方便，泵组安装期短；该水泵潜入水中运行，电机冷却条件好，噪音低，可避免普通立式水泵分层布置结构造成的操作、运行、维护环境较差的问题。经初步计算潜水泵站工程总投资较普通立式泵节省30%左右，且建设周期可节约20%以上。

潜水泵的安全可靠性取决于潜水电机的密封技术，经过多年的努力和不断的技术改进及技术攻关，现已趋于成熟完善，并积累了比较丰富的设计、制造、加工工艺、质量控制和管理等方面的经验。近几年国内特别是南方地区大流量潜水泵的使用已经非常普遍且运行状况良好。

综上比较，新津工业园排涝泵站推荐采用轴流潜水式水泵，为新型机电一体机，以达到效率高、工期短、投资省之目的。计算选择的配套设备及对应参数见下表1。

表1 新津工业园区排涝泵站配套设备及对应参数

3 潜水泵特点及应用情况

新津工业园排涝泵站选择的1200QZB潜水轴流泵采用潜水电机和水泵直连的新型一体机型式。潜水电机YLQ850的10kV级定子绕组，采用F级云母及特种硅橡胶的复合加强型防水绝缘及真空浸渍F级绝缘漆(VPI)，具有良好的防潮、耐温性。电机设置独立的IP68密封接线盒，并设置可靠的电缆密封装置。电机轴从下端盖伸出，出轴部位设有机械密封，并配以油封增加密封效果。为阻止外部水沿着轴伸渗入电机内部，共设有多道机械密封，机械密封可承受20m扬程压力。

泵段由叶轮、叶轮外壳、导叶体和进水喇叭组成。导叶体内部有密封油室，电机侧机械密封、油室机械密封和推力轴承全部封闭在其中，并盛有一定量的润滑冷却机械油。电泵顶部装有导流罩，可以改善出水水流条件，减小局部损失，提高装置效率。导流罩顶部设有防抬机装置，可防止电泵反转抬机，并且电缆不与出水水流接触，可以保护电缆不受水流冲击造成磨损。为避免机组承受停机时产生的水锤影响，在每台泵压力管出口装设1台DN1400的配重式拍门作为止回阀装置。该拍门结构简单，工作可靠，不需要人力操作。

因本泵站抽排洪水，泥沙含量较大，对水泵过流部件的磨损较为严重。水泵叶轮、导叶体等过流部件，都采用不锈钢材料，用以提高抗蚀抗磨性能，从而延长水泵使用寿命。为便于水泵安装以及检修，以全厂最重件电潜水泵重约6.5t为依据，起重设备起重量10t。由于电潜水泵一旦安装投运后长期浸没于水中，检修时须回设备厂进行，加之泵组利用率不高，检修机率较少，以减少设备购置考虑，不设置专用固定的起重设备，泵组设备检修时临时租用10t移动式汽车起重机到泵站工作，从专用吊物孔中吊起潜水泵至运输车中即可。这样，减少了泵房的高度，同时也节省了设置起重设备费用和维护检修费用。潜水泵电机在水中运行，不需设置电机冷却水系统。

水力测量系统设有潜水泵轴承和密封监测、渠道水位、拦污栅前后压差、河道水位等测量，其信号均可传至控制台显示。考虑泵站临近县城，为节约工程投资，泵站不配备机修设备和机修间。水泵的一般性故障可在厂房内进行检修或在县城有关修配厂进行检修。若水泵损坏严重，需返厂由生产厂家维修或购买相同型号更换。

排涝泵站自2010年建成投运以来，已经经过了近6个汛期的检验。泵组工作稳定安全，达到了预期的效果。