浅谈加压泵站水泵机组选型设计

浅谈加压泵站水泵机组选型设计

李思源刘凯刘宇

陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001

摘要：科学技术的快速发展使我国各行业迎来新的发展机遇和空间。我国很多先进技术运用到各行业中，使其发展更为迅速。水泵机组的选择直接影响到加压泵站投入使用后的整体效果。

关键词：加压泵站；水泵机组选型设计

引言

我国水电行业最近几年发展非常迅速，水泵有了更大的发展空间。水泵（泵段）效率固然重要，但最终反映运行经济性的是装置效率和机组效率。在水泵选型以及泵站设计和建设中应引起足够的重视。

1水泵选型的原则

水泵的选型应遵循以下原则：（1）应满足泵站设计流量和扬程的要求；（2）水泵应在高效范围内运行；（3）水泵在长期运行中，泵站效率较高，能量消耗较少，运行费用低；（4）按所选的水泵型号和台数建站，工程投资少；（5）在设计标准的各种工况下，水泵机组能正常运行，即不允许发生气蚀、振动和过载等现象；（6）便于安装、维修和运行管理。

2各种水泵的优缺点分析

在选择水泵以前，必须对适用范围内的各种水泵有一个比较全面的了解。以下简要分析这些水泵的优缺点。（一）卧式泵，1）卧式泵的主要优点：①水泵的主要部件经常处于水面以上，比立式泵受腐蚀的影响小；②检查、维修和保养方便，拆卸时不必像立式泵那样搬移电动机；③单位面积上的荷重小，对软地基有利；④起重机的起吊荷重小，提升高度小，泵房结构简单。2）卧式泵的主要缺点：①占地面积较大；②启动时必须灌引水（排气）操作；③受吸入性能（汽蚀）限制，水泵安装层不能太高并需采取措施保证进水池处于高水位时动力机房内不进水。（二）立式泵，1）立式泵的主要优点：①叶轮淹没在水里，有利于保证不发生汽蚀；②启动时不必灌引水（排气），上水快，有利于实现自动运行；③占地面积小。2）立式泵的主要缺点：①主要部件浸没在水里，表面有水垢附着，容易被腐蚀；②拆卸时需移动电动机；③拆卸时起吊高度大，泵房高度也随之增高；④载荷集中，单位面积地基上的荷重大，对软地基不利；⑤泵房结构比较复杂；⑥水泵本身的价格比卧式泵高。（三）斜式泵，斜式泵是近几年发展起来的一种安装方式，使用量有逐渐增长的趋势。国内外关于斜式泵研究的文献较少，一般认为它主要有以下优缺点。1）优点：①进出水流道弯度小，水力损失小，因而装置效率通常高于立式泵和卧式泵；②水工建筑物投资比立式泵低。2）缺点：泵轴斜置后，受力复杂，对导轴承要求较高，且安装不便。（四）贯流泵，贯流泵实际上是一种适用于低扬程泵站的具有特殊结构和进出水流道形式的卧式轴流泵。贯流泵的结构型式较多，在我国的应用也已有20多年的历史（主要是中、小型泵），但对其研究，尤其是装置性能方面的研究却相对较少。该泵型主要有以下优缺点。1）优点：①进出水流道为一近似直线，水力损失小，装置效率高，尤其适用于设计扬程低、运行时间长、重视运行成本的场合；②水工建筑物简单，泵站投资低；③载荷分散，单位面积地基上的荷重小，适用于地基不良的场合。2）缺点：①对密封要求较高；②为了减少灯泡比，需采用行星齿轮减速器，泵结构比较复杂。另外，有学者认为贯流泵的机组效率并不像人们期望的那样高。

3水泵结构类型的选择

在泵型选择时，应充分考虑到便于安装、检修和操作管理，应对各主要泵型进行综合比较。单级双吸离心泵是一种单级、双吸中开式离心泵，具有扬程和流量范围广、检修方便的特点；混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵型，扬程适中，流量较大，高效区范围宽，功率曲线较为平坦，且结构简单，安装、维修方便，重量轻，价格低；轴流泵是一种低扬程、大流量的泵型，适用于平原区大面积灌溉排水。选泵时还应主意，在扬程较高，而超过或接近混流泵使用极限的场合，也不要因降低工程造价而勉强使用混流泵替代离心泵，要优先选用双吸式离心泵。某工程设计流量取某市供水量，工程投入运行后近期流量不能达到设计流量，而是随着供水目标城区人口及工业的增加，供水量逐渐增加，因此，某工程水泵应选择流量和扬程范围较广的水泵。

4变速调节的作用

1）变速调节适用于流量和扬程，尤其是扬程变化幅度较大的泵站。我们知道，水泵转速改变时，其流量和扬程分别和转速之比的一次方和二次方成正比。通过改变水泵转速就可以相应改变其流量和扬程，满足装置变化的需求。2）变速调节能使水泵在高效区附近运行，降低运行费用。当转速变化不大时，水泵效率变化很小，但轴功率与转速之比的三次方成正比。与调节泵站装置，即调节闸阀开度的方式相比，采用变速调节的装置效率高，运行费用低。3）降速调节可改善水泵的抗汽蚀性能。当转速n降低时，n.D值也随之下降，即水泵的圆周速度降低。试验证明，这时水泵的抗间隙汽蚀性能明显提高，抗翼型汽蚀性能也得到一定改善。4）改善水泵起动性能。由于水泵的轴功率与转速之比的三次方成正比，所以可将其调节到低速状态起动，从而减小起动功率。当配套动力机为同步电动机时，由于其起动转矩小，需要选取较大的配套功率备用系数，即加大电动机功率。采用低速状态起动后，可选取较小的配套功率备用系数，适当减少配套电动机功率，从而降低泵站的配电装置容量和投资。

5变速调节方式及调速装置

变速调节方式主要有三种，即改变电动机极对数以及采用液力耦合器传动和变频调速。1）改变电动机极对数。电动机的转速随极对数改变而变化。如果将电动机做成双极对数，则该电动机就有两个额定转速。通过改变电动机的极对数，就可以改变水泵转速，达到调速的目的。这种调节方式已在广东省东深引水工程中成功采用。其主要优点是比较经济可靠；缺点是“有级”变速，不能满足泵站参数“渐变”的需求。2）液力耦合器是一种传动装置，也可以起到离合器和调速装置的作用。其调速功能是通过增加或减少耦合器内的工作油量来实现的。它的主要优点是可以实现大范围无级调速，缺点是在低速下工作时传动效率比较低。3）变频调速。变频调速是近20多年来发展起来的一种调速技术，目前已在中小型低压电动机上广泛采用。其主要优点是运行可靠，可实现大范围无级调速，缺点是设备费比较高。国内一生产企业称其已研制出高电压大功率（最高电压10kV，最大功率3150kW）变频调速器，并在电力、化工等行业较大范围推广应用。

6机组布置

按水泵的类型及数量，一般有下列2种布置形式。（1）单列式布置。各机组轴线位于一条直线上，这种布置形式的优点是简单、整齐、泵房跨度小；缺点是当机组数目太多时会增加泵房长度，前池及进水池也会相应加宽。（2）双列式布置。双列式不仅将机组排成两列，而且应互相交错，以充分利用泵房平面尺寸，缩短了泵房长度，但增加了泵房的跨度，泵房内部显得比较零乱，管理操作不便。

结语

综上所述，加压泵站水泵机组的选型及台数的选择对泵站整体功能的发挥有着重要的影响。动力电机选用变频电动机，通过变频恒压控制使水泵在一天内的平均转速降低，轴上的平均扭矩和磨损减小，从而可大大延长水泵的使用寿命；变频启动实现水泵软启动和软停机，可以消除启动和停机时的水锤效应，通过自动变频调速控制可节约大量电能，降低能耗，有效确保泵站水泵机组的运行质量，并提高泵站整体的供水能力。

参考文献

［1］王申申．泵站工程设计与施工新技术及质量控制标准适用手册［M］．北京：中国科技文化出版社，2005．

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部．GB50265-2010，泵站设计规范［S］．北京：中国计划出版社，2011．

［3］沧州水利勘测设计院．沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元初步设计报告［R］，2014．