基于中桥水库泵站水力机械设计

唐仕红，方东辉

(1.贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700；2.东北林业大学，哈尔滨 150001)

基于中桥水库泵站水力机械设计

唐仕红1，方东辉2

(1.贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700；2.东北林业大学，哈尔滨 150001)

中桥水库工程位于遵义市中心城区东北，该工程是遵义市两城区的主要水源工程。中桥泵站总装机4×2240kW,扬程高、流量大,设计难度大，文章根据目前泵站设计要求结合工程具体情况进行优选设计，包括水库设计水位、设计扬程、机型选择、辅助设备的优选。 对于高扬程水泵及其附属设备的选择，选择的优劣直接影响工程整个效益以及工程建成后运行的成本，因此必须在设计阶段做好比选。

泵站；水库设计水位；设计扬程；设计保证率；机械设计；优选

1 工程概况及基本参数

1.1 工程概况

中桥水库工程位于贵州省遵义市中心城区东北面，地处湘江左岸支流仁江下游新田湾河段内，坝址距仁江河口13.6km。

水库坝址距遵义市中心城区21.0km，距中桥集镇2.4km，该工程是为遵义市两城区供水的主要水源工程。

1.2 基本参数确定

根据水文专业提供的统计资料，水库各种水位(及对应的泵站几何扬程)出现机率可以看出，本泵站不仅扬程高，而且库水位(扬程)变幅大，变幅范围为24m。

因为其年供水的时间比较均衡，供水水泵的扬程主要决定于水库水位。选择水库设计水位795.00m， 设计保证率95.8%[1-4]。水泵扬程表见表1。

表1 供水水泵扬程表

结合上述水库水位和泵站几何扬程的分析，泵站水泵扬程在几何扬程100m以下的时间最长，全年出现的时间95.8%。而水泵扬程在几何扬程100～107m的时间很短。推荐设计几何扬程100.0m。

2 泵站流量

根据水利调节计算，单台水泵设计流量确定为1.4m3/s。

2.1 机型及台数的比选

2.1.1 机型选择

根据本站流量及扬程，深井泵及潜水泵两种机型均远远不能满足单台水泵设计流量为1.4m3/s的要求。

只有双吸中开离心泵在流量和扬程上能满足本站要求，因此在机型推荐双吸中开离心泵[5-7]。

2.1.2 机组台数选择

采用3+1台机组方案和4+2台机组方案进行技术经济比较，采用3+1台机组方案比4+2台机组方案投资省260万元，且机组台数少其运行管理费用等均较低，根据规范及《给排水设计手册》等均认为水泵台数较少比较好。因此，推荐3+1台机组方案。

根据上述方案，有关制造厂家提供的泵型参数见表2。

2.1.3 辅助设备的选择

2.1.3.1 阀门

水泵的布置为倒灌方式，每台水泵的进水管上设置了电动检修阀。

每台水泵的出水管上设置了液力自控阀工作阀和电动检修阀。液力自控阀工作阀要参与水泵的开停机过程，其功能要考虑正常停泵和事故停泵时的水锤[8-9]。

同时根据调保计算要求设置水锤泄放阀和注气微排阀。

2.1.3.2 主厂房起重机

为了满足安装及检修的需要，主厂房设双梁桥式起重机一台，起吊最重件为电动机，其重量为15.15t，选用的起重机型号为QD20/5t，起重机跨度为10.0m。

2.1.3.3 油系统

水泵冷却方式为自冷却，电动机冷却方式为空冷，因此不设置透平油系统。变压器绝缘油系统采用一台压力滤油机LY—50、一台真空滤油机ZLY—50和一台KCB—50型齿轮油泵等油处理设备。

表2 水泵厂家推荐的泵型性能参数表

2.1.3.4 供水系统

供水系统，均从泵站的总进水管取水至高位水池自流供水方式，水池底板高程857.50m，设计正常高水位860.00m。

2.1.3.5 排水系统

排水系统包括泵站检修排水、渗漏排水。

2.1.3.6 压缩空气系统

泵站机组不需要刹车用气，因此只设置低压气系统，供气对象为吹扫供气，采用直接从空压机出口取气供吹扫用气。经初步选型，空压机型号为WF—2/8，数量为1台。

2.1.3.7 水泵充水方式选择及设备

根据实际情况来看，不适宜采用真空水箱和射流真空泵等方式充水，因此推荐采用水环真空泵充水方式。

2.1.3.8 水力量测系统

水力量测系统设置：

1)全站性测量：水库水位，拦污栅压差。

2)机组段量测：水泵进口压力、水泵出口压力、液力自控阀出口压力、水泵扬程、水泵流量。

2.1.4 调节保证计算

根据设计规范要求，发生事故停泵时，应满足以下3点要求：

1)水泵机组的反转速度不超过额定转速的1.2倍，超过额定转速的持续时间≤2min。

2)最高压力不超过水泵出口额定压力的1.3～1.5倍。

3)管道任何部位不会出现水柱断裂。

2.1.4.1 基本参数

工程采用一级加压，供水规模量为30万 m3/d，水泵采用三用一备，单台水泵流量Q=5040m3/h(1.4m3/s)，单根主管总流量为Q=10080m3/h，水泵设计扬程H=105m，水泵转速960r/min，水泵效率88.2%。

根据表2中参数来看，RDL600—830A泵效率最高，各项综合指数最好，因此推荐该型水泵。

水源洪水位812m，正常水位795m，最低水位788m，出水主管进水池末端标高892m，末端水池水位标高895m(最大淹没水头3m)，水泵处标高792m，止回阀处标高792m，止回阀处静高差103m，止回阀选用液力自动阀DN1000，其流量系数Kv=13648，水泵后支管口径DN1020×10，水泵进水管长16m，为DN1000钢管，主出水管采用两根内径DN1600钢管，壁厚16mm，出水主管总长627.15m。每2台水泵并联给1根主出水管[10-12]。

2.1.4.2 调保计算

调保计算共对设计扬程下不加防护措施等6种工况进行计算，并校核了最高扬程和最低扬程的工况进行了核算。

事故停泵水锤分析(正常水位795m，两泵单管运行)。

1)水泵后不设置任何水锤防护措施的计算。

2)正常水位双泵并联运行泵后止回阀1s快闭。

3)正常水位双泵并联运行水泵后设置液力自动阀。

4)正常水位 795m单泵单管运行停泵水锤分析。

5)水击高压的限制。

3 模拟分析计算结果

最后采用液力自动阀 3s快闭95%，30s缓闭5%+水击阀+空气阀组合方案，最高水锤压力水柱为124.7m，满足规范要求。

结论： 对于高扬程水泵及其附属设备的选择，选择的优劣直接影响工程整个效益以及工程建成后运行的成本，因此必须在设计阶段做好比选。

[1]姚建国,朱惠君,武赛波,等.糯扎渡水电站水力机械设计的主要特点[J].水力发电,2012(09):83-86,103.

[2]吴宏轩.思林水电站推力轴承及导瓦安装施工工艺改进[J].贵州水力发电,2010(03):73-76.

[3]皮永桦,张松涛,李光建.清溪水电站水利机械设计及安装[J].中小企业管理与科技:上旬刊,2008(10):254.

[4]周永忠,许荣贵.居龙滩水电站水力机械设计[J].小水电,2008(01):27-30.

[5]石多智,陶承军.吉利水电站水力机械优化设计与设备选型[J].甘肃水利水电技术,2011(02):47-48.

[6]尹大壮.赛吾多水电站水力机械设计与选型[J].甘肃水利水电技术,2010(02):30-31,64.

[7]阎永忠.水电站水力机械设计中的环保工作[J].人民长江,2009(02):54-56.

[8]赵林明,王海燕.逼近水力机械特性的一种新方法[J].中国农村水利水电,2006(08):58-60.

[9]高良润,程晓农,郭乃龙.水力机械的磨损与材料[J].排灌机械,1998(01):3-6,66.

[10]汤方平,袁家博,周济人.轴流泵站进出水流道水力损失的试验研究[J].排灌机械,1995(03):13-14.

[11]吴沈军,汤文华.泵站抽真空系统自动控制方法探讨[J].排灌机械,2003(04):41-42,52.

[12]王树民,张维聚.洲头西站水泵选型及辅助系统设计[J].水利水电工程设计,2004(02):24-26.

HydraulicMachineryDesignofPumpingStationforZhongqiaoReservoir

TANG Shi-hong1，FANG Dong-hui2

(1.Guizhou Province Bijie city Investigation，Design and Research Institute，Bijie 551700，China；2.Northeast Forestry University，Harbin 150001)

Zhongqiao reservoir is located in the northeast of Zunyi City，the main water source project of tow districts of Zunyi City.Pumping station installed capacity of 4×2240kW，high lift，large flow，so it is difficult to design.According to the design requirements and combined with the specific circumstances of the project pumping station design is optimized， including a reservoir design level，design head，type selection，auxiliary equipment.Selection for the pumping station of high head and auxiliary equipment will affect directly the whole project benefits and the operation cost after the project completion.Therefore, the optimal selection is very necessary in the project design stage.

pumping station；reservoir design water level；design head；design guarantee rate；machinery design；optimization

1007-7596(2014)03-0051-03

2013-09-16

唐仕红(1968-)，男，贵州毕节人，工程师。

TV675

B