和平北站泵装置选型设计与研究

吉慧敏 项德银 张立坚 叶婷 纪星宇

摘要：和平北站位于清江浦区和平镇齐湖村境内，该站主要是负责清江浦区顺河洞中干渠以北的排涝任务。由于其建筑物破损，机电设备及金属结构老化，实际运行中存在各种问题和安全隐患，2016年经淮安市水利局安全鉴定为四类闸，故对该工程进行拆建改造。通过对水泵的泵型和机组台数进行比选，为今后其他的拆建改造工程设计提供一定的经验。

关键词：城市排涝   水利机械   泵型选择   方案比选

Study on Pump Type Selection for PumpingInstallationin Heping North Station

JI Huimin1XIANG Deyin1   ZHANG Lijian1   YE Ting1 JI Xingyu2

（1.General Irrigation Canal Administration of Jiangsu Province;2.Qingjiang Pu District Bureau of Agriculture and Water， Huai’an，JiangsuProvince， 223001 China）

Abtract：Heping North Station is located in Qihu Village， Heping town， Qingjiang Pu District，which  is mainly responsible for the drainage task north of the main canal in Shunhe dong， Qingjiang Pu District. Due to the damage of the building， the aging of the mechanical and electrical equipment and the metal structure， there are various problems and safety hazards in the actual operation， it’s defined as the fourth type pump station after safety appraisal in 2016，Then we decided to demote and reconstruct this project. According to compare and select the pump type and unit number，some experience for other demolition， construction and transformation engineering design will be accessed in the future.

Key Words：Urban drainage;Water conservancy machinery;Pump type selection;  Scheme comparison

1 工程概況

和平北站位于清江浦区和平镇齐湖村境内的二河东堤上，建成于20世纪60年代，排涝控制面积24.85km²，同时兼顾3万亩耕地的灌溉任务，为地区经济发展、社会稳定发挥了重要作用。

经过50多年的运行，泵站总体外观老化严重，水泵部分连接螺栓锈蚀严重，管垫锈蚀严重，喇叭口锈蚀，轴封体与泵连接牢固，表面有锈蚀，填料密封完好但磨损严重，导叶体表面锈蚀。整体已经不能满足安全运行的要求，2016年经淮安市水利局鉴定，根据《泵站安全鉴定规程》（SL316-2015），综合评定和平北站为四类泵站[1]。鉴于此，和平北站已列入《江苏省中型灌溉排水泵站更新改造规划》。

本次拟新建泵站[2]设计流量10.5m3/s，单机设计流量2.625m3/s，堤后式布置，选用1000ZLB-70（+2°）型立式轴流泵，共4台套，单机配套功率为315kW。站身下游侧设清污机桥、进水池，进水侧设一道检修门（与安全格栅共槽），出水管采用拍门断流。

2  泵型选择

2.1泵站设计水位及扬程

该工程的特征水位及扬程[3]见表1。

2.2机组台数选择

机组台数[4]在方便运行管理的基础上进行选择，尽量减少站身开挖深度、减少施工征占地和方便运行管理。根据本工程泵站运行特征及拟建区域可利用面积，本次对4台机组、3台机组、6台机组和6台机组（维修现有水泵、电机）4个方案进行比选。

考虑其他结构均相同，本次方案比选土建上仅比较站身、出水池、翼墙等结构。具体参数见表2。

经比较，4个方案技术上均可行，其中方案三投资最大，方案四运行可靠性和使用年限无法保证，方案二投资、占地较少，但从机组检修的影响角度看，方案一要优于方案二。由于本站为排涝泵站，运行可靠性要求较高，故综合考虑，本次拟推荐方案一，即4台机组方案。

2.3泵型选择

2.3.1 方案一：4台机组

选用4台立式轴流泵[5]，喇叭管进水，弯管出水，采用拍门断流方式。鉴于泵站建设初期的经验，经比较拟选用1000ZLB-70（+2°）型，水泵性能曲线见图1，参数见表3，水泵叶轮直径为850mm，转速为 490r/min，单台水泵重为 4.90t。

水泵出口为DN1000 弯管，出水管扩散至DN1200，水泵工况点水力损失校核计算。

（1）局部损失计算。

喇叭口ξ=0.3，d=1.25m，2只伸缩节ξ=0.15，d=1.0m，扩散管ξ=0.3，拍门ξ=0.5，管出口ξ=1.0，d=1.2m。

将上述系数代入计算得出局部损失h局=0.83m。

（2）沿程损失计算。

其中，L=15.0m，n=0.013，代入得出沿程损失h沿=0.18，所以管路总水头损失h=h局+h沿=1.01。

根据该泵设计流量为2.625m3/s，计算得出h损=0.99m，考虑0.2m拦污栅损失，则设计扬程为h=6.0+1.01+0.2=7.21m。根据设计流量和扬程，选用1000ZLB-70型立式轴流泵，叶片安装角+2°。查水泵性能曲线得出，设计扬程工况下Q=2.9m3/s，H=7.21m，η=85.5%，轴功率为240kW，最大扬程工况下Q=2.55m3/s，H=8.22m，η=81.0%，軸功率为254kW，安全系数取1.1，配用电机功率N=315kW，水泵在该扬程下处于高效区运行。综上所述，选择该型号水泵满足设计要求。

2.3.2 方案二：6台机组

选用6台立式轴流泵，喇叭管进水，弯管出水，采用拍门断流方式。经比较拟选用700ZLB-70（-4°）型，水泵性能曲线[6]见图2，参数见表4，水泵叶轮直径为650mm，转速为730r/min，单台水泵重为1.5t。

水泵出口为DN700弯管，出水管扩散至DN1000，水泵工况点水力损失校核计算同以上公式计算。

（1）局部损失计算。

喇叭口ξ=0.3，d=1.0m，2只伸缩节ξ=0.15，d=0.7m，扩散管ξ=0.3，拍门ξ=0.5，管出口ξ=1.0，d=1.0m。

将上述系数代入计算得出局部损失h局=0.85m。

（2）沿程损失计算。

其中L=15.0m，n=0.013，代入得出沿程损失h沿=0.53m，所以管路总水头损失h=h局+h沿=1.38m。

根据该泵设计流量为1.75m3/s，计算得出h损=1.38m，考虑0.2m拦污栅损失，则设计扬程为h=6.0+1.38+0.2=7.58m。根据设计流量和扬程，选用700ZLB-70型立式轴流泵，叶片安装角-4°。查水泵性能曲线得出，设计扬程工况下Q=1.75m3/s，H=7.58m，η=86.0%，轴功率为151kW，最大扬程工况下Q=1.65m3/s，H=8.59m，η=84.5%，轴功率为165kW，安全系数取1.1，配用电机功率N=200kW，水泵在该扬程下处于高效区运行。

综上所述，选择该型号水泵满足设计[7]要求。

2.3.3两种方案比较

从对比表和水泵性能曲线可以看出，两种方案性能参数[8]均能满足规划要求，从效率、能耗、投资及管理方面综合考虑，两个方案在技术上均可行，从工程直接投资、征占地角度比较，方案一较优，故本次拟推荐方案一，即4台机组方案。

3 结语

根据和平北站的工程特点，拆建改造可行性方案中对泵装置部分充分考虑了水力性能、运行费用、机组安装、检修维护，以及对土建的要求等方面进行研究，给出了具体的机组台数和泵型参数，为其他排涝站的设计提供了一定的参考价值。

参考文献

[1]国家住房和城乡建设部，国家质量技术监督检验检疫总局.泵站设计规范： GB 50265—2010[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2]李端明，张印，肖若富，等.大型灌排泵站改造应用研究[J].中国农村水利水电，2020（3）：160-165.

[3]戴景.低扬程泵站水动力特性分析与主水泵选型研究[D].镇江：江苏大学，2018.

[4]吴敬峰.南水北调东线一期工程万年闸泵站枢纽工程设计[C]//水利水电工程勘测设计新技术应用.2018：361-369.

[5]王丽，王乃刚，彭兵，等.南京市永宏泵站机组选型分析及CFD验证[J].人民长江，2021，52（9）：155-159，166.

[6]彭飞宇.出口断面宽度对泵站出水流道水力性能的影响研究[J].吉林水利，2021（8）：17-20.

[7]ZHANG BOWEN，CHENGg LI，XU CHUNLEI，et al. The Influence of Geometric Parameters of Pump Installation on the Hydraulic Performance of a Prefabricated Pumping Station[J].Energies，2021，14（4）：15-21.

[8]高玉香，沈瑞海，唐波，卓燕文.农田灌溉泵站布置方案研究探讨[J].治淮，2020（1）：52-53.