黄水东调工程主线加压泵站水泵设计分析

都苑苑，钟承辰

（青岛源水投资发展集团有限公司，山东 青岛266000）

青岛市黄水东调承接工程是为实现青岛市双路供给客水而建设的调水工程，起始点为山东省黄水东调二期宋庄东延工程输水管线末端（平度市明村镇傅李庄村北），工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型，共包括116.414 km的暗埋输水管线和2座加压泵站。本文主要分析其中的主线加压泵站的水泵设计。

1 工程概况

主线加压泵站位于平度市傅李庄村东，距宋庄东延工程管线末端2 km，其任务是将宋庄东延工程末端来水经加压后通过管道输送至拟建官路水库，在官路水库建成前，自输水主线设三条配水管线向即墨区、市内五区、西海岸新区、胶州市、平度市进行输水。泵站设计流量9 m3/s，加大流量15 m3/s，设计流量下扬程范围23.19～37.95 m，加大流量下扬程范围58.15~72.91 m。设4台卧式单级双吸离心泵，其中1台备用，安装高程7.626 m，采用10 kV的3 150 kW变频电动机，机组通过变频调速运行，以满足流量和扬程变幅要求，泵站总装机容量12.60 MW。

2 水泵选择

2.1 机组选型原则

1）以现行国家或行业规程、规范为依据。2）机组的技术性能适应该泵站的供水条件，在满足供水流量的同时机组具有较高的效率。3）机组技术先进，运行稳定可靠，有较好的抗汽蚀性能。4）在满足泵站流量要求的同时，尽量节约投资和运行费用。5）在泵站设计扬程时，水泵运行在最高效率区，且满足泵站设计流量；在最高或最低扬程时，水泵能够安全、稳定地运行，配套电动机不超载。6）机组安装、检修方便，便于维护和管理。

2.2 水泵选型

水泵选型按照既要满足设计要求、经济合理、又便于运行管理的原则，通过对效率、机电设备投资、土建投资、运行管理方便等多方面进行技术经济分析确定。

1）水泵类型。根据泵站流量、扬程及水泵生产情况，鉴于卧式安装方式运行、管理、检修、维护方便，安装技术成熟且土建结构相对简单，确定选用卧式单级双吸离心泵。

2）机组台数。本泵站为重要供水泵站且年运行时间较长（243 d），考虑设计流量供水时设1台机组备用，加大流量供水时不设备用泵。对工作机组台数初步选择2台、3台2个方案进行比选。方案一选择卧式单级双吸离心泵；方案二选择卧式单级双吸离心泵。

3）方案比选。通过方案比较，可以得出以下结论：（1）从运行参数比较 各方案均可满足泵站运行要求。（2）从水泵吸水性能比较，方案二的汽蚀余量4.0 m小于方案一的汽蚀余量5.0 m，故方案二的水泵吸水性能好。（3）从装机容量和运行容量比较，方案一的总装机容量为1.35万kW，方案二的总装机容量为1.26万kW和加大流量工况下运行容量均较小，设计流量工况下运行容量差较小，节能性能更好。（4）从水泵机组投资比较，方案二的投资较方案一的投资略大。（5）从水工结构和土建结构比较，两个方案的土建结构相似，只是大小不同，高度不一样，方案一的泵房尺寸较大，方案二的泵房尺寸较小。（6）从运行管理方面比较，方案一单泵流量5.0 m3/s较大，泵站运行工况调节性能差；方案二单泵流量3.75 m3/s较小，泵站运行工况调节较灵活，性能较好。

综上，方案二水泵台数较多，但水泵吸水性能较好，总装机容量和运行容量较小，泵站总投资虽略大，但运行工况调节灵活，方便运行管理，故本工程水泵机组台数选择方案二4台。

2.3 水泵性能参数

初选水泵为卧式单级双吸离心泵，共4台，设计流量下3用1备，加大流量时启用4台水泵，单泵流量3～3.75 m3/s，扬程范围23.19～72.91 m，水泵转速590 r/min，水泵叶轮直径1 200 mm，泵站设计工况对应水泵汽蚀余量4.0 m，最低扬程下水泵汽蚀余量7.5 m，工频运行工况范围内效率86%～91.8%，配套电机功率3 150 kW，泵站总装机容量1.26万kW。

3 机组变频调速运行经济技术比较

本站扬程范围23.19～72.91 m，流量范围9～15 m3/s，扬程和流量变化范围较大，扬程低于52 m时机组不能安全稳定运行，为适应运行工况要求，需要采用大小机组配合运行或机组变频调速运行。如果采用大小机组配合运行，则需要4台1000-1350A型卧式单级双吸离心泵机组（配套功率3 150 kW）和4台1000-820型卧式单级双吸离心泵机组（配套功率1 400 kW），主机组及其附属设备总投资约4 346万元，另外厂房投资也大大增加；如果采用变频调速运行，则需要4台1000-1350A型卧式单级双吸离心泵机组（配套功率）及变频调速系统，主机组（含变频调速系统）及其附属设备总投资约3 565万元。

根据上述分析，采用大小机组配合运行，则机组台数较多，工程投资大，而且运行管理复杂；采用变频调速运行能满足流量和扬程以及安全稳定运行要求，而且工程投资较省，故本站机组全部采用变频调速运行。针对工程的运行流量和压力要求，本站机组运行情况详见表1。

4 泵站机组运行工况分析

4.1 运行方式

因泵站运行扬程和流量变幅较大，扬程要求从23.19 m到72.91 m，流量要求从9 m3/s到15 m3/s，为满足泵站流量和扬程变幅要求，机组全部采用变频调速运行。

4.2 装机功率复核

经计算，水泵工频运行时最低扬程为58.15 m，对应单泵流量4.85 m3/s，效率为91%，经计算水泵最大轴功率3 038 kW，按规范要求电机容量储备系数取1.05～1.1，配套功率为3 190～3 342 kW，考虑水泵全部采用变频调速运行，按标准电机选配功率为3 150 kW，泵站总装机容量12 600 kW。

4.3 水泵各运行工况分析

根据泵站各运行工况及水泵并联调速运行工况分析图，水泵各运行工况详见表1。

表1 水泵并联调速运行各工况分析表

由表1看出，通过水泵运行台数、管道运行根数及机组变频调速运行控制，泵站可满足任何工况下流量运行要求，泵站最少应开启3台机组并联1根管道运行。从表1还可以看出，满足供水加大流量15 m3/s、最高扬程72.91 m时，电机需超频运行。经分析，供水加大流量15 m3/s、泵站最高扬程发生的情况在吸水池水位最低9.50 m和拟建官路水库最高水位21.76 m时，考虑到该工况为供水的极限值，水库已达最高水位，不必再继续进水，且南线分水可由官路水库调节，亦有保障，故供水15 m3/s，泵站按设计扬程运行就能达到供水要求。