嘎醉河水库提水泵站水泵选型设计及节能效果分析

杨 超

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)

1 概 述

凯里嘎醉河水库工程位于贵州省黔东南州凯里市境内清水江支流鸭塘河上，本工程近期的开发任务是以供水为主，供水对象为凯里市城市生活和一般工业用水，属中型水库，具有多年调节特性。主要枢纽建筑物有大坝、溢洪道、底孔、取水管、泵站、出水管线等。提水泵站位于坝后，自嘎醉河水库取水，水泵加压后输水至已建成的里禾水库渠道后自流至水厂供水，供水量为2 448 m3/h，装机规模定为4 ×280 kW(3 用1 备)。

2 工程取水方式比选

本泵站为库内取水，管路及阀门的水头损失暂按3 m确定。因此最大净扬程为83 m，最小净扬程为31.5 m，P =95%设计净扬程为58 m，提水流量为2 448 m3/h。由于扬程变幅很大，可考虑以下几种取水方式:

2.1 深井泵“平硐+深井”取水

该方案就是在水库岸边先打一竖井，再打一水平隧洞穿入水库，将水库水引入竖井。由于受水库水位变幅的影响，最大扬程与最小扬程的比值为2.635，范围太大，深井泵轴较长(约52 m)，且在该扬程变幅范围内无法保证深井泵在高效区稳定的运行，既不节能又不能保证供水的可靠性［1］。

2.2 深井泵“库内框架式”取水

库内框架式泵房方案，也就是将补给水泵房设置在水库库区内，一般应布置在较缓岸坡，下部结构采用框架式，四周进水，取水设施采用深井泵。该方案不仅厂房结构复杂，因此不可取。

2.3 浮船式泵站取水

该方案适用条件是河流水位变幅在10 ～35 m，河床较稳定，联络管采用摇臂式接头时，岸坡角度宜＞45°。浮船式取水的特点:①由于浮船随河水面涨落而自动的上下移动取水，它所取的水始终是水源体的表层水，因而取水含沙量最少，受河床泥沙影响小;②由于吸水室浅，所用清污设备简单、可靠、造价低;③它在江河水位变幅较大时比固定式取水泵房投资低，上马快;④它的缺点是:洪水期运行时，随着江水涨落拆换输水管接头，贵州山区山洪特点是涨得快、落得快，因此拆换水管接头困难;还需定期对钢结构作防腐处理等运行管理、维护较麻烦。

2.4 坝后固定式取水

坝后固定式泵房取水方案，是用一根直径为DN800 长为85 m 的压力钢管接直径为0.4 m 长为330 m的水库导流洞将水引至泵房，加压后经两根直径为DN600 长为180 m的压力钢管提水至已建的里禾水库渠道自流至水厂，该方案厂房结构简单，管路可靠，且所选用的中开离心泵通过变频运行能很好的满足在该扬程变幅范围内高效、稳定的运行，节能效果显著，检修维护成本低［2］。

因此根据本站实际情况，经与相关专业商讨后共同决定，最终选择坝后式泵房的取水方案。

3 主泵选择

3.1 水泵设计工况点的确定

首先，本泵站从库内有压取水，受水库水位变幅影响，净扬程范围为31.5 ～83 m，最大扬程与最小扬程的比值即2.63，范围太大。经过调研国内外水泵生产厂家，考虑采取对水泵进行变频调速措施以满足本工程的实际要求。

其次，本泵站P =95%对应的扬程为58 m，如果以H =58 m作为水泵的设计扬程Hr，Qr=816 m3/h作为水泵的设计流量，经过咨询多家国内外专业的水泵生产厂家得知:若不变频，当Hmax =83 m时水泵不能正常出水，且在水头段31．5 ～58m 之间水泵每年运行所消耗的电量比变频后多约110 万kW·h;若采取变频技术，则水泵在Hmax =83 m，Qr = 816 m3/h 时比在H = 58 m，Qr =816 m3/h时轴功率增大80 kW左右，这样很容易损坏水泵，不能保证水泵的安全运行。

因此，设计上考虑以最大扬程83 m作为水泵的设计扬程，816 m3/h作为水泵的设计流量，即Hr =83 m，Qr =816 m3/h作为水泵的设计工况点来选型，通过变频降速运行来满足水泵扬程的变化，这样既能很好的保证水泵在扬程变幅31.5 ～83 m高效、安全稳定的运行，又能保证其出水量始终为设计流量Qr =816 m3/h，达到节能的目的。

3.2 电机布置型式的选择

电机若选择卧式布置方案，厂房尺寸长为28.5 m，宽为7.5 m，受地形条件的限制，为了尽可能减小厂房纵向尺寸，最终确定电机采用立式安装，立式布置厂房长为15.5 m，宽为7.5 m。

3.3 水泵参数的选择

本泵站布置于坝后，设计净扬程为Hr =83 m，单泵提水流量为Qr =816 m3/h，本阶段拟定单级双吸立式中开离心泵为代表机型。基于采取变频调速措施后，水泵的选择原则为:在设计工况点时，效率最高;水泵在扬程变幅31.5 ～83 m高效运行，并保证设计流量。以下就专业生产厂家所推荐泵型进行比选，主要性能参数见表1。

表1 嘎醉河泵站水泵厂家推荐的泵型性能参数表

经分析，在设计扬程83 m时，制造厂一比制造厂二生产的水泵效率高0．9%;P =95%对应扬程58 m时，制造厂一比制造厂二所生产的水泵效率高2%:在平均扬程44 m时，制造厂一比制造厂二所生产的水泵效率高2.8%。根据上述分析:本阶段初步确定Omega250—600B 型水泵为代表机型。

选定机组设计工况的主要参数见表2。

表2 选定机组设计工况一览表

配套电机参数见表3。

表3 配套电机参数表

4 节能效果分析

4.1 水泵节能设计

根据《泵站设计规范》(GB/T50265—2010)，泵站装机台数与泵站的流量变化幅度和年运行小时数有关，流量变化幅度大和年运行小时数高的泵站，台数宜多，流量比较稳定和年运行小时数低的泵站，台数宜少;年运行小时数高的泵站，至少设有1 台备用;年运行小时数低的泵站，可不设备用。因本站扬程变幅大，需变频器满足扬程要求，高压电机采用的变频器比低压电机采用的变频器投资多100 万元右，另外本站进线为35 kV，降压到两种电压等级的降压变差别不大。因此采用4 台机方案。泵站的供水泵详细情况见表4。

表4 泵站的供水详情

所选用水泵为中开式单级双吸离心泵，水泵比转速ns 为:

则水泵能效情况见表5。

表5 水泵能效情况一览表

水泵效率达到GB19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》目标能效限定值的要求。

由于扬程变幅大，常规水泵难以满足如此大的扬程变化，因此需采用变频，按最大扬程做设计工况点进行水泵选择并选择配套变频电机。

4.2 单位提水电耗指标分析评价

嘎醉河水库年供水总量为1 720 万m3。

泵站装机容量为4 ×280 =1 120 kW，年消耗电量为274 万kW·h，设计扬程为58 m。

泵站单位提水扬程单耗小于SL255－2000《泵站技术管理规定》要求的5 kW·h/kt·m。

4.3 节能措施评价

工程本着合理利用能源、提高能源利用效率的原则，遵循节能设计规范，从设计理念、工程布置、设备选择、施工组织设计等方面已采用节能技术，选用了符合国家政策的节能机电设备和施工设备，合理安排了施工总进度。符合国家固定资产投资项目节能设计要求。

［1］许文斌，马国清. 慈溪市中西河区水资源供需平衡分析及四灶浦海涂水库提水泵站规模确定［J］. 浙江水利科技，1994(03):7－11．

［2］林潮．张峰水库提水泵站供电线路施工方法简述［J］. 山西水利，2014(01):50－51．