某排涝泵站工程水泵比选分析

某排涝泵站工程水泵比选分析
[摘 要] 本文详细介绍了立式潜水轴流泵和卧式潜水贯流泵的优缺点，并结合某防洪排涝综合整治工程，说明城市排涝泵站的水泵泵型的选择不仅要考虑泵型本身的特点，还要综合考虑城市景观以及地质等条件。

[关键词] 立式潜水轴流泵 卧式潜水贯流泵 排涝泵站

1 某排涝泵站概况

某防洪排涝综合整治工程位于我国南部珠江三角洲地区，地处规划城区的新兴开发区域，但现存的防洪排涝工程现状与经济的发展、自然环境优美的现代化生态型海滨新城区的规划目标极不相称，必须按现代化城市水利的要求对防洪排涝体系进行整治，使新建防洪排涝工程既能充分考虑现代化城市景观的要求又能保证城市的汛期安全。新建的三座排涝泵站即甲泵站、乙泵站和丙泵站即是用来集中排放城区雨水，确保24小时内有效地排干城区20年一遇24小时暴雨不成灾。三座泵站的主要设计参数如表1所示。

从整个泵站工程的造价、泵站的运行管理及泵站所在区域的景观考虑，在可行性研究阶段初期，初步拟定三座泵站均采用立式潜水轴流泵方案。随着工作的深入以及遵循业主及业主聘请的有关专家的咨询意见，即：“安装卧式潜水贯流泵的泵站装置效率比安装立式潜水轴流泵的泵站装置效率高、卧式潜水贯流泵的安装高程相对较低以及整个泵站群的泵型统一等”。因此，考虑东南沿海淤泥质软基的特殊性质，为降低泵站基坑开挖的深度，降低施工风险，最终三座泵站均采用卧式潜水贯流泵。因此，本文将就这两泵型比较选择作一分析说明。

2 排涝泵站水泵型式选择分析

水泵型式的选择应在可能的范围内进行多方案比较使泵站效率高并满足下列要求：

(1)应满足泵站设计流量、设计扬程以及不同时期的排水要求；在平均扬程时，水泵应在高效率区运行，在最高和最低扬程时，水泵应能安全、稳定运行。水泵不发生气蚀，电动机不超载，泵组不会发生振动。

(2)应优先选用国家推荐的系列产品和经过鉴定的产品；具有多种泵型可供选择时，应综合分析水力性能、机组造价、工程投资和运行检修等因素择优确定。

(3)水泵及电机结构应简单、可靠，机电设备的安装调试、运行管理和检修维护方便，泵站的运行费用和综合造价较低。

(4)泵房的水工结构应简单、美观，尽可能小以满足工程布局的要求。不影响城市景观的规划布局，河面通透，不遮挡景观视线。

(5)泵站的建设主要服务于城市的排涝，年运行时间不长，泵型的选择必须安全可靠。

轴流泵属高比转数低扬程水泵，通常用于扬程低于10m的泵站。三座泵站净扬程在3m左右，属特低扬程泵站，根据上述选型原则及泵站水泵的排水流量和扬程范围，以各制造厂提出的建议方案为基础，可采用的低扬程水泵型式主要是立式潜水轴流泵和卧式潜水贯流泵。立式潜水轴流泵和卧式潜水贯流泵均为轴流泵叶轮，只是泵轴的安装型式一立一卧而异，因而两种泵的叶轮水力性能是相同的，惟一的差别就在于进、出水流道及水泵泵轴的布置形式及由此引起的泵房型式的不同，见图1（略）、图2（略）。

根据两种泵型的特点，从技术、经济和景观要求方面比选分析如下：

(1)技术性能方面

(2)经济性

泵站投资主要包括工程建设中的投资(土建投资和设备投资)以及工程建成后每年的运行费用。采用立式潜水轴流泵，不需要泵房上部结构，建成开敞式泵房结构，只需一台汽车吊(泵站群间可共用，统一调配)即可完成水泵的安装和拆卸，水工结构简单，节省土建投资。同时，采用立式潜水轴流泵，不仅水泵设备的价格便宜，而且相应的辅助设备及闸门工程量少(不为检修水泵设备设置闸门)，因此，在水泵台数相同的条件下，设备和土建工程量投资均少并且具有一定的景观优势。以装泵台数最多的甲泵站为例，对不同的泵型进行经济比较，如表2（略）所示。

由表2（略）分析得：同规模泵站的直接投资，安装立式潜水轴流泵站的投资约为安装卧式潜水贯流泵泵站投资的54%，上表投资分析中还没有包括辅助设备的年运行和维修费用。

(3)景观要求

本排涝泵站位于城区江滨绿化区内，如何保护自然景色，保持天然的地形地貌，遵循城市总体的规划设计框架，达到建一座工程，造一方人与自然和谐相处景点的目标，成为排涝泵站设计的研究课题之一。立式潜水轴流泵泵房方案地面无建筑物，占地面积小，因而最适合城区景观设计的要求和空间。

因此，从经济性和景观要求考虑，三座泵站若采用立式轴流泵就是充分利用其优点，如：不设置泵房的上部结构，减少水工结构投资，并使得为城镇景观设计留有充分余地和空间，以弥补其水力效率稍低的缺点。

3 改进安装立式潜水轴流泵水泵安装高程低及泵站装置效率低的设计

针对安装立式潜水轴流泵水泵安装高程低及泵站装置效率低的缺点，可有如下改进设计：

3.1 水泵安装高程

安装高程的确定通常是按照气蚀余量及水泵进、出水口最小淹没深度为条件的。水泵安装高程的高低决定了泵站的开挖深度。对本文的三座泵站而言，水泵出水口的淹没深度对立式潜水轴流泵的安装高程影响最大。在设计时为满足水泵在多年平均高潮水位0.64m运行时水泵出水管仍有一定的淹没深度并避免较大深度的开挖，可在水泵出水管侧设置了一个小挡坎，挡坎顶高程为1.89m。

虽然安装立式轴流泵会引起开挖深度的增加，较卧式潜水贯流泵开挖深度增加约1.5m，但是立式轴流泵的轴向流道尺寸小于卧式潜水贯流泵的轴向流道尺寸，因而总体来说安装立式轴流泵开挖的体积量仍然小于卧式潜水贯流泵。

3.2 泵站装置效率

对立式潜水轴流泵和卧式潜水贯流泵来说(两种泵型的装置效率相差8%左右)，影响泵站装置效率最主要的因素就是进、出水流道的水力损失。目前潜水轴流泵性能曲线所表示的扬程是从水泵进口计算到导流叶出口为止，并未包括流经电动机、井筒T型弯头及出口等水力损失，对低扬程水泵来说，如果这部分损失值在总扬程中所占比例较大时，对泵站装置效率的影响将较为显著。因此，可采取以下措施(与厂家协商)：最大限度地提高出水管高程，减少电机顶部突然扩大拐弯的水力损失；适当优化进、出水管流道尺寸，使泵站的装置效率大于泵站规范要求的65%的要求。

4 结论

概括地讲，立式潜水轴流泵具有两大优越性即投资省和运行及管理方便灵活。虽然安装立式潜水轴流泵的泵站装置效率比安装卧式潜水贯流泵的泵站的装置效率稍低，由于本工程水泵仅在排涝期间投入使用，运行时间很短，其立式潜水轴流泵增加的能量消耗也远远小于卧式潜水贯流泵增设的辅助设备年运行和维修费用以及土建和设备投资等。至于淤泥质软基上的开挖深度，立式轴流泵和卧式潜水贯流泵两种泵型的开挖深度相差约1.6m左右，但前者的开挖体积量小于后者，因此两种泵型的基础处理和基坑维护量差别不大。

最后，基于业主即用户意见为第一设计原则考虑，以及整个防洪排涝整治工程的泵型统一便于业主将来的运行维护管理，三座泵站都采用卧式潜水贯流泵。