某地区泵站机组的方案选型与设计

摘　要：文章主要结合工程实践，阐述了某地区泵站规模和设计标准，从而进一步针对水泵机型比选方案进行了分析，综合各特征参数最终选定了合理的设计方案，对类似泵站的机组选型具有一定重要意义，也为类似的工程提供参考。

关键词：泵站机组 ；水泵； 方案选型 ； 设计
1.工程概况
　　某地区河塱围涝区集雨面积为72.024km2，围内分南围片、里水片两个涝区，集雨面积分别为 12.242 km2、59.782 km2。围内地势南围片相对较高，里水片相对较低，南围片主要靠和顺闸、文教闸排水，里水片主要靠里水河下游水口水闸排出流溪河下游的水口水道。提高里水片涝区的排涝能力是该区防洪减灾体系建设的重要组成部分，为了确保区内有足够的排涝能力，改善投资环境，应提高排涝标准，尽快使整个涝区提高到暴雨的排干标准。
2.工程设计标准
　　根据水文资料显示，设计流量为48m3/s，结合水口水闸的自排以及内河涌的调蓄等综合措施，里水片涝区将达到暴雨排干标准。调蓄计算表明，内涌最高水位为1.36m,超过1.1m水位的时间为2h，满足区域性治涝规划要求。泵站进水口设计水位为0.40m，平均水位为0.4m， 排止水位为- 0.20m；泵站出水口设计防洪水位取为 50年一遇洪潮水位2.72m，设计运行水位取为 5年一遇洪潮水位2.35m；根据实测资料统计平均水位为 2.14m。
3.水泵方案优选
3.1水泵数量的选择
　　水泵数量的多少，关系到泵站工程的投资和运行管理，也关系到泵站运行的排水保证性和适应性。在设备容量一定的情况下，一般机组台数越少，投资亦越省，但泵口径很大 (泵口径在3m以上)，机组台数过少(少于2台、3台)时，则费用可能较大；通常机电设备容量越大，泵及配套动力机效率越高，机组越少，需要的人员及维修费用越少；台数越多，越容易适应不同时期不同排水流量的要求，排水保证性较高。结合南海当地泵站的运行经验和本工程的实际情况，认为本工程采用 3~4台机组较合适，在兼顾排水保证性和适应性的同时，使得投资较省，运行人员较少。
3.2 水泵结构型式的选择
　　水泵型式的选择要考虑稳定性和高效性，以确保机组安全稳定运行，又能最大限度地达到排涝效果。本工程流量大、扬程低，常规的立式轴流泵效率较低，不宜采用；一般可用斜式轴流泵、卧式轴流泵和贯流泵等。在可行性研究阶段，选用4台1700ZXB12-2.5型斜式轴流泵、4台1700Z WB12-2.5型卧式轴流泵做方案比较后，确定前者为推荐方案。在初设阶段，增加竖井贯流泵和斜式轴流泵的比选方案。
　　竖井贯流式结构由于竖井是开敞的，因而通风、防潮条件良好，竖井的大小和形状通常是由齿轮箱和电动机的大小、人行通道、静力和水力的要求及基础的需要而决定的。对于竖井贯流式机组，竖井本身尺寸笨重、刚度大，受力及变形分析比较简单，传力路径明确，不像灯泡贯流式机组那样需要进行结构应力与变形的模拟分析和模型试验。
　　(1)竖井贯流泵不同型号的比较
　　可选用4台2000ZGB16-2.45型和3台2200ZGB16-2.45型，两者各项指标比较见表 1。
　　表 1 机组方案各项指标比较
　　
　　从上表可以看出，虽然3台2200ZGB16-2.45竖井贯流泵的方案开挖深度较深，但占地少，机电设备、土建的造价、装机容量和年运行费少，因此优选3台2200ZGB16-2.45的方案。
　　(2)斜式轴流泵和竖井贯流泵比较
　　按照本工程的要求，结合拟建场地，可选用4台1700ZXB12-2.5型斜式轴流泵或 3台 2200ZGB16-2.45型竖井贯流泵做方案比选，两种方案的技术参数比较见表 2。
　　表2 水泵初选方案参数
　　
根据二种泵的管路布置，泵站的水力损失计算结果如下：
　　1700ZXB12-2.5型斜式轴流泵机组方案：∑h=010055Q2
　　2200ZGB16-2.45型竖井贯流泵机组方案：∑h=0100166Q2
确定水泵工作点(扬程曲线 H总=H净+∑h )
　　按照各种工况的净扬程作出二种泵型方案工作性能曲线。
1700ZXB12-2.5型斜式轴流泵性能曲线为：
　　设计扬程工况：H设计=1195+010055Q2
平均扬程工况：H平均=1174+010055Q2
　　最高扬程工况：H最高=2172+010055Q2
　　预排扬程工况：H预排=2155+010055Q2
2200ZGB16-2.45型竖井贯流泵性能曲线为：
　　设计扬程工况：H设计=1195+0100166Q2
　　平均扬程工况：H平均=1174+0100166Q2
　　正常运行最高扬程工况:H最高=2172+0100166Q2
　　预排扬程工况：H预排=2155+0100166Q2
　　开机瞬时工况：H开机=3132+0100166Q2
　　选用的两种水泵均能满足设计流量及扬程要求，两种方案各有优缺点，比较详见表3。
　　表3 各机组方案优缺点比较
　　
　　2200ZGB16-2.45型水泵在设计工况时装置效率差不大，而且设计工况和平均扬程工况均在高效区运行，特别是在平均工况时的装置效率较高；但本方案泵房开挖深度较深等缺陷；1700Z XB12-2.5型水泵泵房开挖深度较浅，开挖土方量较小，但泵站装机容量偏大，水力损失大，总体泵站装置效率较低等缺陷。本工程综合考虑耐久性、经济适用性和安装维修等方面的因素，并经过与建设单位协商，同时结合本地区里水水口电排站工程水泵模型装置性能试验研究报告4，确定采用3台
2200ZGB16- 2145型竖井贯流泵。其主要技术参数如表4所示。
　　表 4 2200ZGB16-2145型竖井贯流泵技术参数
　　
4.结束语
　　总之，合理选择水泵机组型号对泵站安全高效运行及工程投资有重要影响，因此在初设阶段，进行机组选型分析及论证工作是非常必要的。通过各机型特征参数的比较与研究，最终选定3台2200ZGB16-2.45型竖井贯流泵作为本工程的首选方案，对解决类似泵站机组选型设计具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 赖文魁.浅谈泵站机组的选型方案[J].城市建设理论研究，2011
[2] 陈容新，曾崇.竖井双向贯流泵站机组设备选型设计与应用[J]，2009