奚家庄泵站水泵选型及装置效率的分析计算-水利论文发表

分类：水利论文发表时间：2011-06-28 08:56 关注：(1)

奚家庄泵站水泵选型及装置效率的分析计算

熊波1，施国良1，吴海荣2

摘要：以奚家庄泵站水泵选型为设计实例，阐述水泵选型和装置效率的计算方法和步骤，通过对各方案的比选，优化水泵选型，以达到节省投资，提高工程经济效益的目的。

关键词：水泵选型；装置效率；比选

1 工程概况

奚家庄泵站位于湖州市西南分区东北侧规划内港与导流港的交汇口，也是该分区城防工程的重要组成部分。该泵站在汛期承担着拦挡东苕溪洪水和排除内涝的功能；非汛期起着沟通内外水系，保持内港水位的任务。

西南分区属湖州市城区，其防洪标准采用100年一遇；排涝采用20年一遇，即一日暴雨一天排出。本泵站的设计外排流量为10.8m3/s，水闸净宽5m，并考虑双向挡水。

2 泵站设计参数

2.1 泵站运行方式和工作特点

奚家庄泵站主要功能为汛期防洪、排涝及枯水期关闸蓄水。其主要运行方式：汛期当外港水位达到2.5m（黄海高程，下同）时，即及时关闸排涝；内港排涝控制高水位为3.0m，控制低水位为2.0m；非汛期当外港水位在1.0~2.5 m之间时，可根据内外港水质情况，灵活调度，如外港水质优于内港，及时开启闸门进行换水，如内港水质优于外港时，应关闸蓄水；枯水期当外港水位低于1.0m时，亦应关闸蓄水。

排涝开机主要集中在汛期的4～10月，年均运行时间均在1000小时以下。如1997～2006年汛期，杭长桥水位超过2.5m的年均天数为13.7天，年均排涝时间为329小时。

2.2 运行水位

本泵站上游为东苕溪高水位区，下游为规划内港，其运行特征水位如下：

（1）设计洪水位（P=1%台风期，取城南闸与杭长桥水位内插值）：3.88m。

（2）20年一遇水位（P=5%台风期，取城南闸与杭长桥水位内插值）：3.57m。

（3）关闸起排水位：2.50m。

（4）内港排涝控制高水位：3.0m。

（5）内港排涝控制低水位：2.0m。

2.3 设计排涝流量

设计排涝流量：10.8m3/s。

2.4 特征扬程

（1）设计净扬程：20年一遇外港水位-关闸起排水位=3.57m-2.5m=1.07m。

（2）最高净扬程：100年一遇外港水位-内港排涝控制低水位=3.88m-2.0m=1.88m。

3 水泵选型

水泵选型主要是根据扬程和排涝流量确定水泵的类型、型号和配置台数等。由于电动机、传动方式、辅助设备和泵站建筑物的设计布置以及泵站的经济运行都是以水泵选型为依据的，如选型不合理不仅会增加工程投资和泵站的能耗及运行费用，而且会降低水泵的运行效率。因此，对于水泵的选型必须十分重视。

3.1 水泵选型的原则

水泵选型的基本原则有：

（1）必须满足设计的最大排涝流量和工作扬程；

（2）水泵应在高效工作范围内运行；

（3）选取的水泵在长期运行中，能保持较高效率和较低能耗，且运行稳定，费用较低；

（4）按所选的泵型和台数设计的泵站，其工程投资相对较少；

（5）在各种设计工况下，水泵机组均能安全运行，并不出现气蚀、振动和超载等现象；

（6）便于安装、维修和运行管理。

3.2 水泵类型

根据本泵站低水头运行的特点，适用的水泵主要有立式轴流泵、立式潜水轴流泵和贯流泵等三种泵型。目前，湖州地区已建的城防工程中，除城南闸站采用贯流泵、仁皇山闸站采用立式潜水轴流泵外，其他泵站均采用立式轴流泵。现从泵站运行和管理等方面对上述三种泵型进行比较。

贯流泵：该泵型主要优点是水下运行、噪声较低；由于泵机一体，且为水平同轴布置，加上进出水管口径一致，并具有正反双向引水的独特功能，故可大大简化泵站的土建结构。缺点是：电动机必须高度密封并具有良好的防水性，故价格较高，检测维修麻烦（由于泵机一体，拆卸困难，现场无法维修，需运回厂家检测维修），目前在湖州地区使用较少。

立式潜水轴流泵：该泵型机泵潜位于水下，水泵、电动机传动主轴呈垂直布置，故其土建结构较卧式轴流泵站复杂；为保证机泵一体同轴运行，故需采用钢制井筒保护，其安装相对简单；水泵运行时，水流从电机周围通过，故电机冷却条件好，噪声也低。缺点是：价格相对较高，由于泵的出水口位置高出外港水位，常会形成“高射炮”出水，故扬程损失大，检测维修也较麻烦，亦需运回厂家处理，目前在湖州地区防洪工程中的使用也相对较少。

立式轴流泵：该泵型在江浙地区平原水网地区运用较多，其优点是：价格便宜，结构简单，制造技术成熟，由于其电动机安装位置高，电动机防潮问题易于解决，泵站电机层布置整洁；为解决电动机发热通风问题，可在其定子部位一侧布置通风廊道。缺点是：其土建结构相对复杂。

根据奚家庄泵站的运行特点并经综合比较，本设计推荐采用立式轴流泵。

3.3 水泵台数选定

（1）确定水泵选型方案

水泵台数可根据下式确定，根据设定的不同水泵台数Zi，分别计算出相应的水泵流量Qi。

式中：Qz为泵站的总流量；Zi为水泵台数。

（2）折引直径计算

轴流泵的折引直径D0可按下式计算：

式中：Q为水泵流量；K为系数（一般取值为4.0~4.5）；n为水泵转速。

（3）叶轮直径计算

轴流泵的叶轮直径可按下式计算：

式中：d为轮毂直径；D为叶轮外径；d/D为轮毂比，与水泵的比转速有关。

根据上述方法和步骤，考虑运行、维护和检修方便，并参照湖州类似已建工程的实例，本泵站设计采用4台900ZLB-125立式轴流泵。

4 装置效率计算

4.1 计算参数

（1）设计净扬程Hsy：1.07m。

（2）设计最高净扬程Hmax净：1.88m。

（3）单泵设计流量：10.8m3/s&pide;4 =2.7m3/s。

（4）本泵90°弯管后接φ900mm至φ1200mm扩管，出水管为φ1200mm直管。

（5）水泵管路总长：4.4m。

4.2 管路损失及效率计算

水泵管路损失包括局部损失和沿程损失。

（1）局部损失

管路局部损失系数表

喇叭口 90°弯管扩管出口 60°拍门

0.2 0.17 0.03 1.0 0.1

=（0.17+0.03）×（2.7/（3.14×0.92）/4）2/（2×9.8）=0.18m

=（0.2+1.0+0.1）×（2.7/（3.14×1.22）/4）2/（2×9.8）=0.38m

（2）沿程损失

=1.78×10-3×（4.4/1.25.1）×2.71.9=0.02m

（3）管路效率

水泵设计扬程H= Hsy +hj1+hj2+hf=1.07+0.18+0.38+0.02=1.65m。

水泵最高扬程Hmax=Hmax净+hj1+hj2+hf =1.88+0.18+0.38+0.02=2.46m。

水泵管路效率η=Hsy/H=1.07/1.65×100%=64.8%。

4.3 水泵效率

根据生产厂家的产品目录和水泵扬程、流量查900ZLB-125（0°）水泵工作性能曲线可知：

（1）在设计扬程下900ZLB-125（0°）的排涝水泵效率为79%，流量为3.1m3/s，能满足设计要求，并使水泵在高效率区工作。

（2）在最高扬程下900ZLB-125（0°）的排涝水泵效率为83%，流量为2.9m3/s，能满足设计要求，并能安全运行。

4.4 电动机效率η电机、传动效率η传动、进出水池效率η进出水池计算

查《泵站》（中国水利水电出版社）和水泵样本可知：

电动机效率η电机=92%

传动效率η传动=99%

由于本工程中进出水池水面较宽，水面坡降很小，故进出水池效率η进出水池可定为100%。

4.5 泵站装置效率

排涝泵站装置效率η装置=η电机η传动η水泵η管路η进出水池=92%×99%×79%×64.8%×100%=46.6%。

4.6 水泵参数

综上所述，本泵站水泵选用4台900ZLB-125立式轴流泵，叶片安放角度0°，其水泵参数如下：

水泵型号：900ZLB-125 电动机型号：JSL-13-12

设计扬程：1.65m 功率：130kW

最高扬程：2.46m 转速：490r/min

单泵设计流量：2.7m3/s 单泵实际排涝流量：2.79~2.96m3/s

5 结语

在泵站规划设计中，由于泵站的设计流量和设计净扬程是已知的，故设计所选的水泵台数如果不同，每台泵的流量也将有所不同，相应的泵站面积也不相同。其所选配的进出水管（或流道）的形状和长度、口径不同，其相应的管路阻力损失也不尽相同，故其所选水泵的总扬程也有所不同。水泵的流量、扬程不同时，则其配套功率也有所不同。当泵站面积和功率不同时，泵站所需的土建投资也有所不同。因此，如何优选水泵泵型和台数最终将影响泵站的工程投资和经济效益，并成为决定泵站建设成功与否的关键因素，在设计阶段必须对装置效率进行优化比选和详实计算。