冯家山张谢泵站更新改造工程水机设计

尹会兵 齐 兰

（宝鸡市水利水电规划勘测设计院 陕西 宝鸡 721000）

1 概况

张谢泵站位于陈仓区周原镇张谢村，是冯家山大型灌溉泵站的组成部分，隶属于总干灌溉系统。泵站灌区范围：东至慕仪镇风朝村，南至周原镇张谢村，北至周原镇第二村，灌溉陈仓区周原镇、慕仪镇28个村154个组的农田，设施灌溉面积5.76万亩，现有效灌溉面积4.20万亩，区域现有农业人口6.86万人。张谢抽水站是在冯家山水库灌区总干渠桩号25+541.5处设闸引水，引水渠长125m，设计引水流量2.14m3/s，出水池分高低池，扬程分别为 45.52m、35.84m，流量分别为1.14m3/s、1.0m3/s，安装7台卧式离心式水泵，泵站总装机功率1360kW。

2 水泵选型设计

本次张谢泵站更新改造工程全部在原泵站地址和范围内进行，不改变原泵站工程提水扬程、流量和灌溉面积总规模，不扩大站址占地面积。

根据设计原则和设计扬程的条件，本站拟采用sh型单级双吸离心泵。查阅有关厂家提供的产品性能表，14sh-13型水泵扬程高效区扬程为35m～48.5m，满足高出水池扬程；14sh-13A型水泵高效区扬程为31.5m～42m，满足低出水池扬程。因此，本工程初选水泵为：高出水池4台14sh-13型单级双吸离心泵（配套电机为Y450-4/220）、低出水池3台14sh-13A型单级双吸离心泵（配套电机为Y450-4/160）。

2.1 水泵选型校核

2.1.1 管路水头损失系数

由于水泵管道材质、管径不同，为了方便计算，把各水泵管道分为三段。根据公式：

式中，hf——沿程水头损失；

hj——局部水头损失；

l——管路长度；

d——管道直径；

n——管道粗糙系数。

分别计算出各水泵不同管段的损失系数K，计算结果如表1。

2.1.2 水泵工作点校核

查厂家提供的水泵样本上的水泵性能曲线，根据水头损失计算结果，计算绘制各泵不同工况的运行曲线，并求得水泵正常运行时的工作点。得到各泵工作点参数，见表2。

由上表可知，各泵工作点参数均在高效区，并满足流量要求。泵站初选水泵：高出水池4台14sh-13型单级双吸离心泵、低出水池3台14sh-13A型单级双吸离心泵是可行的。

2.2 水泵安装高程复核

2.2.1 14sh-13型水泵安装高程的确定

已知水泵的允许汽蚀余量（NPSH）sr时，水泵的安装高程是根据公式▽安＝▽进+H允吸来复核。其中，水泵的允许吸水高度：

式中，▽进为进水池最低水位，已知14sh-13型水泵允许汽蚀余量为6.3，进水池最低运行水位为685.71m，查得p大气/γ=9.5m。运行期间进水池最高水温为40℃，可知 p汽/γ=0.75m.。

吸水管水头损失为：

式中，L吸=9.0m，ζ喇=0.1，ζ90°=1.0，ζ渐=0.17，D吸=0.5m，钢管糙率 n=0.012，Q=0.32。计算得=0.265m。

14sh-13型水泵允许吸水高度则为：H允吸=9.5-0.75-6.3-0.265=2.185m

水泵安装高程为：

▽安=685.71+2.185=687.895m。根据现场地形状况，采用686.8m。

2.2.214 sh-13A型水泵安装高程的确定

同理可计算得▽H安＝687.926m

为方便运行管理，两种水泵出水管管中心线高程保持一致，采用686.8m。

2.3 水泵零部件材质

根据现有水泵设备制造水平，泵体选用球磨铸铁，叶轮选用5#钢板热压成型焊接，工作面喷镀Ni60，泵轴选用45#钢锻压处理，轴承体采用铸铁HT250，轴承压盖选用25#钢，填料压盖选用球墨铸铁，水封环选用不锈钢，填料套选用铸钢ZG270-500，密封环选用铸钢ZG270-500Z，工作面喷镀Ni60，轴套选用铸钢ZG270-500。

2.4 泵站水锤及其防护

经分析计算，并参照已成类似泵站工程，水锤压力取静水压力的35%计算，本泵站瞬时最大内水压力为60m，即最大水锤压力将达到0.6MPa。为防止水锤发生时的不良影响，水泵出口配置重锤式自动保压锁定型液控缓闭蝶阀，以达到防水锤的目的。

表1 管道损失系数表

表2 各泵机工作点参数表

2.5 主机组布置

本站水泵电动机组共7组，水泵轴线为一列式布置，机组间距为1.8m。水泵采用开敞式单机单管进水方式，双机并管出流。

3 其他辅助设备

3.1 泵站真空系统

根据泵站水泵机组规模，为满足水泵启动需要，泵站设置两台真空泵。

3.1.1 真空泵选型

按公式V=LπD2/4计算需要抽真空体积，V=1.9m3。

按公式Q=KVHa/T(Ha-Hs)计算流量，其中，T=5min，Q=0.53m3/min。

选择SZ-1型真空泵，最大吸气量为1.5m3/min，总功率为 4.5kW，转速为1450r/min，最大真空度为84%，进出口口径均为70mm，供水量为10L/min，最大压力为1kg/cm2，保证真空度为80%，泵重量为140kg。

3.1.2 真空泵布置

厂房内设置SZ-1型真空泵2台，其中1台运行，1台备用。真空管路主管选φ50镀锌钢管，支架敷设；支管选φ25镀锌钢管，随机组敷设。管道防锈采用底漆刷红丹防锈漆两遍，面漆刷白色调和漆一遍的方式。控制闸阀按自动化要求选用电磁阀。

3.2 泵站供水系统

本站水泵不设专用技术供水系统，其他用水自机井引来。

3.3 泵站排水系统

为排除水泵运行检修渗漏水，沿水泵机组四周设排水小沟，设150mm×100mm砼排水主沟，比降1%；在厂房内设1000mm×1000mm×3000mm现浇C20钢筋砼集水井，配置2台50QW-20型潜水排污泵和压阻式液位变送器，自动控制开启排水泵，直接排入前池。

3.4 泵站供油系统

由于泵站条件限制，不专设供油系统，配置备用油桶及小型储油设施。

3.5 泵站起重设备及机修设备

起重设备按泵站最重件考虑，电机重量为3.63t，选用HD型起重机，额定起吊量5t，行车跨度为7.4m，操作方式为地面操作。行车滑触线选HXTS-4-25/120型，总长80m。

机修设备按规范及泵站检修实际需要，配备设备有管钳、台虎钳、三相砂轮机、台钻、空压机、电焊机、工作案、叶轮装卸设备、螺旋千斤顶、水准仪等，具体数量根据泵站实际需要确定。

3.6 泵站通风与采暖

主厂房和高压室设机械通风，装设7台DZ-11轴流风机。中控室设置空调设备。冬季运行采暖统一配置电暖设施。

4 结语

张谢泵站更新改造后，由于提水保证率提高及提水量的增加，新增灌溉面积2.18万亩，改善灌溉面积3.26万亩。更新改造后，装置效率将大幅提高，能源单耗将明显下降，设备完好率大大提高，每年将减少维护修理费约2.2万元。

泵站是水利工程的重要组成部分，是我国各灌区必不可少的水利设施，而水泵则是泵站工程的心脏，只有正确的选择合适的水泵，泵站才能经济、顺利地运行，泵站的运行管理才会更有效率，更可靠。陕西水利