对水库泵站水力机械设计的分析

初海洋

摘要：在关于水库的泵站优化设计中，应该充分考虑泵站建设工程区所处的地形条件、水库特征和受水区分布特点等重要因素，紧接着还要对水泵安置的台数、水泵功率的选择、水泵位置的布置、水锤计算等多个方面进行分析，要选择和实际工程最为匹配的整体水泵设备，一定要确保泵站在机械设计良好的情况下发挥其利用率高和高效益的优势。本文主要是通过水库的工程概况、泵站流量开始入手，且对水库泵站的相关水力机械设计参数及配套设备如何选用进行了阐述，希望可以对同行的工作提供些许的借鉴和帮助。

关键词：水库;泵站;水力;机械设计

引言：在当前社会中，水的重要作用不言而喻，供水单位会根据潜水泵、深水泵等取水，卧式电机和水泵负责管网输水。水泵的主要作用，则是在经过处理的水通过净化滤池之后达到水库，水泵可以在运作时将水库中的水打到输送管道当中。如果水资源是由高处往低处输送，那么主要可以依据重力势能，不需要更多设备，如果水资源由低处到高处输送，这时就需要加上各种水泵、加压泵来完成水的输送和供应任务。这时要根据受水区的分布特点，以及水库的位置，大多地方供水都需要利用水泵提水，以供周围的工农企业、居民日常用水。只要对水库泵站做好充分的准备和建设工作，并在机械设计这一方面做到高效、节能、便捷，水处理企业和供应企业一定会为社会带来更多更好的服务。

一、确定泵站的基本参数

根据相关水文学带来的资料显示，主要应该对水库的水位、泵站的扬程及水泵的铭牌选择做出确定。因为有些泵站的扬程较高，水库水位的变化幅度较大，各地的年供水量差别也较大，对其他的因素不好做整体和综合的把控，只能确定好必要的这三项参数。

二、泵站的水力机械设计

2.1  机型的选择

首先应对水利调节进行综合计算，确定下来设计中单泵的设计流量。其次，也要根据泵站的流量和其扬程，来具体考虑选用深井泵、潜水泵还是双吸中开离心泵，确定所使用的泵机类型。

2.2  机组的台数选择

要对“3+1”和“4+2”两套机组方案进行综合评比和考量，一般情况下来说，“3+1”方案比“4+2”方案更加节约资本，而且机组数量和使用单位在进行经营管理成本都比较低，根据标准的要求和给排水设计丛书中，认为水泵数量少的情况下“3+1”更好。因此，在大多数水库泵站的设计上，建议使用“3+1”方案。

2.3  辅助设备的选择

阀门：一般情况下，水泵的布置都为倒灌式，而且每个水泵上，进水管都设有电动检修阀。而且在泵的出水管上均设液压自动控制阀、电动检修阀和工作阀。这时，水力调节工作阀应全程参与水泵关闭的过程，而它的功能也应全面考虑清楚正常停泵及异常事故停泵时产生的水锤。同时，也要根据设备维护的要求，对设备设置水锤泄放阀及注气微泄阀。

主厂房起重机：根据主厂房的建设规格，选择一台重量、跨度、轨顶高程均在合理安置范围内的电动双梁桥式起重机。这时起重机的控制室应设在厂房的下游侧，而对应的安全滑线一定要布置在上游侧的吊车梁边，基本无设置吊车。

油系统：对水泵的冷却方式，一般情况下是水泵自冷却，以空冷的方式降温，无需进行透平油系统的安装。同时也要选择好变压器的绝缘油系统，以及相应的油处理设备。

供水系统：在这一方面，主要要考虑发电机的空气冷却器和导向轴承油冷却器。在选择设备上，要保证技术供水系统同时有两台滤水器，且相互备用。这样做的目的就是实现冷却水反供水，同时也可以防止单向供水，避免了冷却器和空冷器内部的杂物堆积，降低冷却效率，影响了机组运行。供水系统中还应有反向供水球阀，这是用来进行反向供水的。

排水系统：在水库泵站内，一定要进行检修排水和渗漏排水，并要保证二者共用同一套排水系统，在地面下建立集水井，由放置的备用的两台排水泵进行排水。而且对于机组的维修和排水，应直接在水机层进行设置，保证盘阀向集水井排入水，之后排放到厂房外。

低压气系统：低压气系统的主要目的就是提供制动、主轴检修密封和设备的养护维修。选用合适的两套单螺杆空气压缩机，两台贮气罐和两台控制柜。常见的控制柜是DKY控制柜。在系统当中，一只贮气罐的供机组制动系统，可以由DN25供气管引至到机组的制动屏上，以保证机组制动和复位用气。而这时另一个贮气罐，要对它进行检修和清扫用气，就可以从DN25供气管道通至各单元，达到为检修机组的吹扫用气目的。

水泵充水方式选择和设备：通过其他的水库泵站设计情况来看，真空水箱和射流真空泵在实际的使用中并不是非常好，最好不要使用水环真空泵充水方式，其他的依据实地建设选择就行。

三、水泵安装高程及水锤计算

3.1  水泵安裝高程

泵站应详细根据水泵的样本和并根据泵站的实际运行工况，详细记录好吸水管线的水力损失、在现场条件下的大气压力和现场水温度下的汽化压力。接下来，要计算水泵的吸程，如果水泵吸程较大，那么就需要在泵启动前充水，在吸水管的前端设置底阀。如果底阀的尺寸不够容易被卡，可靠性也不强，那么这时候泵站具有淹没进水条件，可以不设置底阀。最后应牢牢依靠现场的地形条件，确定水泵的最终安装高程。

3.2  水锤计算

此时对泵站的水力设计做一个假设，假设出水主管长为560m，直径约0.15m。那么可以这样确定水锤的参数：泵的最高反转速≤1.2倍额定转速，而且对额定转速的超过持续时间在2min内，最高的压力不能超过现有水泵的出口压力1.3～1.5倍。这时就可以采用Pipe2000的电脑仿真软件去计算水锤。

稳态分析：可以通过软件进行模拟分析，在系统的稳态运行时，水泵扬程可以满足此时水力坡降的要求。

瞬态分析：在水泵的出口上只需设置多功能的控制阀，这类控制阀的关闭规律为：第一段2.0s，关闭阀门90%，第二段2.0s，关剩余的10%阀门。经过软件的分析计算，在整条输水线路的上半段中出现负压现象，在水泵出口处的止回阀处最高压力较大，会远高于1.5倍的扬程。此时，泵站必须额外设置其他的水锤防护设备，才可以满足本次机械设计的规范要求。

结束语

对于水库泵站的机械设计，首先一定要紧紧根据泵站所具有的自身特点来进行优化和设计，其次还应在设计的过程中，要充分考虑好变压器室、综保、PLC、变压器柜等的安装预留空间，也不应单单的只是根据设计规范去进行设定。水锤的威力极大，产生水锤的时候会严重威胁到相关的电力设备，甚至工作人员的生命安全。所在对井房和泵房的正常工作巡视时，也要确保泵前压力、泵后压力都在合理的范围之内，以免压力过大造成管道破裂，最终引发水锤。相信通过本次对泵站的机械设计做的分析和探讨，在今后与整个泵站系统相关的设计一定会更加安全，更加可靠，更加为企业和居民用水带来便利。

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