论文部分内容阅读
【摘要】：工农河圩区面积约3943亩（2.63km2），该区域现状全部为城区，规划设计流量为 11.10m3/s，净扬程1.15m。根据设计工况适宜选用轴流泵，轴流泵按其安装形式的不同分为立式、卧式和斜轴式三种装置。结合城区排涝泵站“平时小流量、汛期大流量”和排涝规模逐步提高的排涝特性以及运行噪音低、整体外观效果要求高等特点，最终确定选择多台小直径立式潜水轴流泵。
【关键词】：城区排涝泵站；水泵选型；立式潜水轴流泵
1、工程概况
江阴市工农河南排涝站建设工程位于澄江街道工农河圩区。北东至花山路，西至梅园路，北为应天河，南为兴澄河。圩区外围河道为应天河、兴澄河，圩内河道为工农河。工农河圩区面积约3943亩（2.63km2），圩区的排涝流量应为11.10m3/s。考虑二期工农河北拆除现有两座排涝泵站再建设一座排涝站，本次新工农河南排涝站设计排涝流量为6m3/s。
2、水泵选型
2.1 泵型选择原则
根据该站运行的特点和要求，从技术、经济等方面考虑，泵型选择应遵循以下原则：
（1）应满足泵站的设计流量、设计扬程及其工况的变化。
（2）在正常运行工况下，水泵应在高效区运行，以保证水泵在长期运行中，多年平均装置效率最高。在最高与最低扬程下，水泵应能安全稳定运行。
（3）优先选用国家颁布的水泵系列产品和经过鉴定的产品，水泵的水力特性及抗气蚀性能较好。
（4）水泵的能量损失要小。
（5）机电设备及土建投资费用低，便于施工。
（6）便于维修和管理，运行费用省。
2.2 机组型式比选
由于泵站为单向抽水，单次运行时间短、年运行次数多。因此泵型的选择是否合理，将直接影响泵站的装置效率和运行成本，根据泵站特点以及澄锡地区通常选用的泵型为混流泵和轴流泵。
混流泵扬程适中，流量较大，且结构简单，安装维修方便，价格较低。与轴流泵相比，泵房投资较省，施工安装容易，是平原和丘陵岗地区优选泵型。如常用的HW混流泵，其口径300～800mm，流量0.12～2.2m?/s，揚程4～22m。但混流泵也存在运行管理不够简便，不如轴流泵启动简单等缺点。
轴流泵具有扬程低、流量大、启动方便等特点，在江苏省平原地区和圩区中广泛使用，在澄锡地区的中小型泵站中也使用最多。与混流泵相比，轴流泵具备扬程配套合理、泵机数量合理、配套功率小、运行管理简便的特点。但轴流泵也有厂房高度大、土建工程投资较大的缺点。
根据上述泵站设计参数，适宜选用轴流泵，轴流泵按其安装形式的不同分为立式、卧式和斜轴式三种装置。
立式泵机组是目前国内泵站工程中常用的传统结构，运行可靠、制造技术成熟。电机布置在厂房操作层、运行条件较好、立式水泵的径向力很小，水导轴承的受力情况好，使用寿命较长，水泵运行可靠性较高。
卧式泵一般可选潜水贯流泵、全贯流泵，进出水流道顺直、变化平缓、水力损失小，装置效率较高。其中，潜水贯流泵电机与水泵构成一体，安装维护方便，且不需要上部厂房。但为了减少灯泡比，通常需采用行星齿轮减速器传动，水泵结构相对复杂，对水泵的密封要求较高，相应的辅助系统也较复杂，需增设高位油箱等，目前中小型潜水电泵已在国内多个防洪排涝工程中相继投运，技术也趋于成熟。
全贯流潜水电泵装置，其原理是水泵叶轮安装在电机的转子内腔，与转子形成一个整体，转子相当于水泵的叶轮外壳，使电机的无效部分变成工作部分，工作时水流从转子内腔流过，装置保持了潜水电泵投资省、结构紧凑、安装方便、噪声低、散热好等优点，但是其转子、定子都淹没在水中，能耗相对较高。
斜轴式轴流泵泵轴斜置后、受力复杂，对导轴承的要求较高，故障率较高，安装运行维护不方便，斜式轴流泵的外形尺寸也较大，所以厂房的尺寸也相应加大，从而增加了厂房占地面积及土建投资，本站暂不考虑。
针对上述几种泵站进行分析比较，立式轴流泵泵型结构简单、制造技术成熟，检修方便，且本地区有丰富的建设、按照、运行和管理经验。但大直径立式轴流泵一般需采用进出水流道，土建结构相对复杂，且需配套专用辅机系统，管理相对繁琐。应结合城区排涝泵站排涝特点，适当增加泵站机组台数，减小水泵叶轮直径，采用低功率的电机，取消供水、供油系统。
综合考虑上述因素确定选择立式轴流泵。
2.3 机组台数确定
工农河南排涝站设计流量为6.0m3/s，根据工农河水位水深，平时运行特点，初步拟定选用4台水泵，单机流量为1.5m3/s。
H净=1.15m
初估损失扬程35%，△H=35%×H净=0.35×1.15m=0.4m
H= H净+ △H =1.15+0.4=1.55m
经比较拟选用700ZLB-160轴流泵，转速为730r/min。
700ZLB-160轴流泵工作性能参数表
700ZLB-160轴流泵工作性能参数表
叶片安装角度 流量 扬程（m） 转速（r/min） 轴功率（Kw） 配用功率（Kw） 效率η（%）
（m?/h） （m?/s）
0° 4716 1.31 3.60 730 57.0 80 81.0
5220 1.45 2.78 47.8 82.6
5508 1.53 2.25 42.2 80.1
根据进出水管道经济流速确定，出水管路直径700mm。
管路损失hf扬程计算包括：拦污栅，进水口安装喇叭口一只，出水管路采用直径700mm新铸铁管，长度约2m，管路上安装有60°弯头1只和出水口设铸铁拍门1只。
管路水头损失hf可由下式计算：
hf=h沿+h局=
式中：n——管壁内壁粗糙系数，铸铁管n=0.013；
L——进出管道长度（m），取2.0m；
Q——水泵设计流量（m?/s），取1.5m?/s；
d——管道直径（m），取0.7m；
——管路局部阻力系数，查《中小型泵站设计与改造技术》相关表格，计算得管路局部阻力系数1.55。
计算得，hf=1.26m。
水泵设计扬程
H泵=Ha+hf=1.15+1.26=2.41m
水泵在H=2.41m工况下，根据水泵性能表推出，Q=1.5m3/s，效率η=81.5%，水泵在该扬程运行下处于高效区。
2.4 配套电机功率
根据工况点参数，按照下列公式可以计算出所需的电动机配套功率：
Nsf=ρgQH/（1000ηp） Nmt=KNsf/ηdr
式中：K—电机功率备用系数；
NSF—水泵轴功率，
Nmt—配套电机功率，kW；
ηp—水泵效率；
ηdr—电机传动效率效率；
H—扬程，m；
Q—扬程对应流量，m3/s。
通过计算，选用4台80kW电机（Y2-315S-8、730r/min）。
结论
立式轴流泵泵型结构简单、制造技术成熟，检修方便，但大直径立式轴流泵一般需采用进出水流道，土建结构相对复杂，且需配套专用辅机系统，管理相对繁琐；应结合城区排涝泵站“平时小流量、汛期大流量”和排涝规模逐步提高的排涝特点，结合河道水深因素，适当增加泵站机组台数，减小水泵叶轮直径，采用低功率的电机，取消供水、供油系统。综上所述城区排涝泵站水泵选型应优先考虑多台套小直径立式轴流泵。
【关键词】：城区排涝泵站；水泵选型；立式潜水轴流泵
1、工程概况
江阴市工农河南排涝站建设工程位于澄江街道工农河圩区。北东至花山路，西至梅园路，北为应天河，南为兴澄河。圩区外围河道为应天河、兴澄河，圩内河道为工农河。工农河圩区面积约3943亩（2.63km2），圩区的排涝流量应为11.10m3/s。考虑二期工农河北拆除现有两座排涝泵站再建设一座排涝站，本次新工农河南排涝站设计排涝流量为6m3/s。
2、水泵选型
2.1 泵型选择原则
根据该站运行的特点和要求，从技术、经济等方面考虑，泵型选择应遵循以下原则：
（1）应满足泵站的设计流量、设计扬程及其工况的变化。
（2）在正常运行工况下，水泵应在高效区运行，以保证水泵在长期运行中，多年平均装置效率最高。在最高与最低扬程下，水泵应能安全稳定运行。
（3）优先选用国家颁布的水泵系列产品和经过鉴定的产品，水泵的水力特性及抗气蚀性能较好。
（4）水泵的能量损失要小。
（5）机电设备及土建投资费用低，便于施工。
（6）便于维修和管理，运行费用省。
2.2 机组型式比选
由于泵站为单向抽水，单次运行时间短、年运行次数多。因此泵型的选择是否合理，将直接影响泵站的装置效率和运行成本，根据泵站特点以及澄锡地区通常选用的泵型为混流泵和轴流泵。
混流泵扬程适中，流量较大，且结构简单，安装维修方便，价格较低。与轴流泵相比，泵房投资较省，施工安装容易，是平原和丘陵岗地区优选泵型。如常用的HW混流泵，其口径300～800mm，流量0.12～2.2m?/s，揚程4～22m。但混流泵也存在运行管理不够简便，不如轴流泵启动简单等缺点。
轴流泵具有扬程低、流量大、启动方便等特点，在江苏省平原地区和圩区中广泛使用，在澄锡地区的中小型泵站中也使用最多。与混流泵相比，轴流泵具备扬程配套合理、泵机数量合理、配套功率小、运行管理简便的特点。但轴流泵也有厂房高度大、土建工程投资较大的缺点。
根据上述泵站设计参数，适宜选用轴流泵，轴流泵按其安装形式的不同分为立式、卧式和斜轴式三种装置。
立式泵机组是目前国内泵站工程中常用的传统结构，运行可靠、制造技术成熟。电机布置在厂房操作层、运行条件较好、立式水泵的径向力很小，水导轴承的受力情况好，使用寿命较长，水泵运行可靠性较高。
卧式泵一般可选潜水贯流泵、全贯流泵，进出水流道顺直、变化平缓、水力损失小，装置效率较高。其中，潜水贯流泵电机与水泵构成一体，安装维护方便，且不需要上部厂房。但为了减少灯泡比，通常需采用行星齿轮减速器传动，水泵结构相对复杂，对水泵的密封要求较高，相应的辅助系统也较复杂，需增设高位油箱等，目前中小型潜水电泵已在国内多个防洪排涝工程中相继投运，技术也趋于成熟。
全贯流潜水电泵装置，其原理是水泵叶轮安装在电机的转子内腔，与转子形成一个整体，转子相当于水泵的叶轮外壳，使电机的无效部分变成工作部分，工作时水流从转子内腔流过，装置保持了潜水电泵投资省、结构紧凑、安装方便、噪声低、散热好等优点，但是其转子、定子都淹没在水中，能耗相对较高。
斜轴式轴流泵泵轴斜置后、受力复杂，对导轴承的要求较高，故障率较高，安装运行维护不方便，斜式轴流泵的外形尺寸也较大，所以厂房的尺寸也相应加大，从而增加了厂房占地面积及土建投资，本站暂不考虑。
针对上述几种泵站进行分析比较，立式轴流泵泵型结构简单、制造技术成熟，检修方便，且本地区有丰富的建设、按照、运行和管理经验。但大直径立式轴流泵一般需采用进出水流道，土建结构相对复杂，且需配套专用辅机系统，管理相对繁琐。应结合城区排涝泵站排涝特点，适当增加泵站机组台数，减小水泵叶轮直径，采用低功率的电机，取消供水、供油系统。
综合考虑上述因素确定选择立式轴流泵。
2.3 机组台数确定
工农河南排涝站设计流量为6.0m3/s，根据工农河水位水深，平时运行特点，初步拟定选用4台水泵，单机流量为1.5m3/s。
H净=1.15m
初估损失扬程35%，△H=35%×H净=0.35×1.15m=0.4m
H= H净+ △H =1.15+0.4=1.55m
经比较拟选用700ZLB-160轴流泵，转速为730r/min。
700ZLB-160轴流泵工作性能参数表
700ZLB-160轴流泵工作性能参数表
叶片安装角度 流量 扬程（m） 转速（r/min） 轴功率（Kw） 配用功率（Kw） 效率η（%）
（m?/h） （m?/s）
0° 4716 1.31 3.60 730 57.0 80 81.0
5220 1.45 2.78 47.8 82.6
5508 1.53 2.25 42.2 80.1
根据进出水管道经济流速确定，出水管路直径700mm。
管路损失hf扬程计算包括：拦污栅，进水口安装喇叭口一只，出水管路采用直径700mm新铸铁管，长度约2m，管路上安装有60°弯头1只和出水口设铸铁拍门1只。
管路水头损失hf可由下式计算：
hf=h沿+h局=
式中：n——管壁内壁粗糙系数，铸铁管n=0.013；
L——进出管道长度（m），取2.0m；
Q——水泵设计流量（m?/s），取1.5m?/s；
d——管道直径（m），取0.7m；
——管路局部阻力系数，查《中小型泵站设计与改造技术》相关表格，计算得管路局部阻力系数1.55。
计算得，hf=1.26m。
水泵设计扬程
H泵=Ha+hf=1.15+1.26=2.41m
水泵在H=2.41m工况下，根据水泵性能表推出，Q=1.5m3/s，效率η=81.5%，水泵在该扬程运行下处于高效区。
2.4 配套电机功率
根据工况点参数，按照下列公式可以计算出所需的电动机配套功率：
Nsf=ρgQH/（1000ηp） Nmt=KNsf/ηdr
式中：K—电机功率备用系数；
NSF—水泵轴功率，
Nmt—配套电机功率，kW；
ηp—水泵效率；
ηdr—电机传动效率效率；
H—扬程，m；
Q—扬程对应流量，m3/s。
通过计算，选用4台80kW电机（Y2-315S-8、730r/min）。
结论
立式轴流泵泵型结构简单、制造技术成熟，检修方便，但大直径立式轴流泵一般需采用进出水流道，土建结构相对复杂，且需配套专用辅机系统，管理相对繁琐；应结合城区排涝泵站“平时小流量、汛期大流量”和排涝规模逐步提高的排涝特点，结合河道水深因素，适当增加泵站机组台数，减小水泵叶轮直径，采用低功率的电机，取消供水、供油系统。综上所述城区排涝泵站水泵选型应优先考虑多台套小直径立式轴流泵。