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摘要：排涝泵站是城乡基础设施重要的组成部分，其水泵機组的选择直接影响到泵站投入使用后的整体效果。为此，本文结合工程应用实例，通过介绍排涝泵站的基本特征参数，重点围绕扬程范围、布置形式、台数、调节方式和技术参数等方面的内容探讨了泵站水泵机组的选型工作，以供类似工程研究参考。
关键词：排涝泵站；水泵机组；特征参数；起吊方式
随着我国社会经济建设步伐的加快，国家对城乡基础设施建设的投资力度逐渐加大，水利基础设施数量日益增加。排涝泵站作为城乡水利基础设施的重要组成部分，担负着城市排水、防涝和防洪等重任，在改善城乡生态环境、促进经济发展和提高人们生活水平等方面发挥着不可替代的作用。目前，排涝泵站由于分布广、流域面积小、水位变化大、管理要求高、和运行年限长等特点，许多泵站存在水位和扬程变幅大等情况，给泵站的水泵机组选型工作带来了诸多的困难，一旦水泵选型不当，不仅会影响到排涝泵站整体功能的有效发挥，而且也会造成不可换回的损失。因此，建设单位必须重视泵站水泵机组的选型工作，从而最大限度确保排涝泵站的运行安全。
1 工程概况及特征参数
为了有效解决某地区的防洪排涝问题，要求建一座排水流量为160m3/s的泵站，排涝设计标准为20年一遇。泵站的相关参数见表1。
根据表1所述数据，泵站的水位和扬程变幅较大，给该站的水泵选型带来困难。
2 主水泵选型
该站装设6台主水泵（台数分析见后），通过计算的流道损失约为Δh=0.002 1Q2 m，由此推算，水泵能稳定启动和运行的扬程范围应在4.23～11.32m，水泵在扬程10.25m时抽排流量应不小于26.67m3/s，在扬程7.30m应处于高效区，水泵型式既可以选择轴流泵，也可以选择导叶式混流泵。轴流泵属于高比转速叶片泵，比转速通常不小于500，适用于低扬程区段。其特点是流量大、高效区较窄，效率受流量的变化影响较大，通常不能在小流量范围内运行。混流泵比转速较轴流泵低，其范围通常为300～500，适用于扬程相对较高的区段。其特点是高效区较宽、效率随流量变化的影响较小，能更好地适应流量变化要求。其功率曲线比较平坦，一般能够在小流量范围内运行。
根据以上分析，大中型全调节轴流泵大多使用在净扬程7m以下，而混流泵在2～10m及以上均有广泛运用。随着技术的发展，某些全调节轴流泵的使用扬程可达到10m左右，但在此情况下，可稳定运行的最大扬程和最小扬程之比会有所减小，一般小于2.0，稳定运行的扬程范围受到一定限制。
导叶式混流泵一般应用的扬程范围在5～30m之间，近年来，导叶式混流泵的使用扬程向下延至2m甚至更低，且也能稳定运行。
基于以上分析，在泵型的比选中将轴流泵方案和导叶混流泵方案各选一泵型做代表进行比较，从而选择出最优的水泵型式。为便于比较，2个方案均按泵站装机6台、单机设计流量为26.7m3/s考虑。泵段综合性能曲线见图1和图2。
从图1、图2可以看出，混流泵方案在高扬程下效率低于轴流泵，在设计扬程下的效率与轴流泵方案相当，在平均扬程和最小扬程下效率均高于轴流泵方案。显然混流泵方案比轴流泵更适应于本泵站的扬程变化。一般而言，轴流泵比混流泵更适合低扬程区运行，但是当泵站的特征扬程出现类似于本站的特点，即运行扬程变幅较大、最高扬程与平均扬程之比及最高扬程与最小扬程之比均较大时，情况就发生了变化。轴流泵由于高效区狭窄的固有特点，为适应本站的高扬程启动需要，其高效区不得不取在8～11m的偏高的范围，这就造成了水泵在平均扬程时不在高效区以及在低扬程时运行稳定性下降较大；而混流泵则由于高效区较宽，针对本站其高效区范围可取在在6～11m之间，包含了平均扬程的工况，且低扬程时运行稳定性相对较好。
综合考虑设备造价、土建投资、运行特性等因素，虽然轴流泵方案在总投资上略低于混流泵方案，但混流泵在高扬程下的运行和启动性能要比轴流泵要好，且平均扬程和低扬程下的效率高于轴流泵方案，经与业主协商，最后确定的水泵机组形式采用混流泵方案。
3 布置形式选择
水泵按照主轴的放置方向可分为立式和卧式。本工程的水位变幅比较大，选择立式结构可以减少占地面积，降低土建造价，但是也存在着起吊高度较大、厂房高度增加、机械荷载集中等缺点。由于地质条件较差，经分析即使采用卧式机组也需要采用桩基础，且本站机组尺寸较大、扬程较高，经分析本站主水泵采用立式结构。
4 主水泵台数选择
主机台数选择主要考虑以下几点。
（1）从工程投资看，一般在泵站流量相同的情况下，台数少则机电设备总数量少，泵房占地面积小，土建和机电设备投资都会减少。
（2）从运行维护看，水泵台数越少，运行管理工作量小，检修维护较方便，运行费用较低。
（3）从泵站的运行特性上看，水泵机组台数越多，流量适应性越强，一旦水泵机组出现故障，对运行的影响较小。
（4）泵站水泵台数及单机容量的选择还应结合排区内其他泵站的台数和容量综合考虑。
据调查，目前排区内已建有5座排水泵站，设计总排水流量为241.38m3/s，排区内其他排水站的机组台数配备小流量的机组较多。
经初步估算，装机4台则叶轮直径在3.6m左右，作为混流泵尺寸较大，造成机组制造的单位重量成本较高，且具有类似生产经验的国内投标商太少而不利于招标采购，同时厂房挖深比较大，不宜选取。故选取装机6台和8台的方案进行比较，这2种方案的主要参数比较见表2。
由表4可见，采用8台机方案比6台机方案价格高约644万元，显然采用6台机方案更为经济。经综合考虑，主泵机组的台数采用6台机的方案。
5 叶轮检修及起吊方式的选择
立式混流泵结构根据检修起吊方式分为抽芯式和传统常规形式2种，其中抽芯式结构有如下特点。 （1）安装检修方便。当进水池水位低于联轴层地面时，立式抽芯式结构可在不排除进水流道积水的情况下，将水泵的叶轮、顶盖、泵轴和导叶体沿轴向从机坑中整体吊出，可以不用在水泵层解体泵壳、叶轮并转运。降低了检修人员的劳动强度。
（2）效率高。据供水改造工程设计经验的相关分析，抽芯式结构水泵效率比非抽芯式高1%～2%左右，泵体造价虽然比常规结构稍高，但是节约了土建投资，综合效益高于非抽芯式结构。
（3）改善运行条件。立式抽芯式混流泵在井筒中运行，泵体运行稳定，震动小，噪音低，改善了泵站运行条件。
6 水泵调节方式选择
水泵的调节方式一般有3种形式，分别为叶片角度调节、变速调节和前置导叶调节。从实际运行情况看，采用叶片调节和变速调节的情况较多；变速调节主要有3种方式，即改变电动机极对数以及采用液力耦合器传动和变频调速；对于电机容量较高的情况，采用改变电机极对数的方法较为合适，目前国内水利行业大型变极双速同步电动机的研制及应用取得了较好的成果，其应用扩大了水泵的工作范围、节能高效；但是对于容量为3 400kW电机尚无变速调节运用实例，设备造价、研发周期对于本站均存在着较大的不确定性，排涝泵站年运行时间短，机组投资费用收回年限较长，大型变极双速同步电动机更适用于调水工程，其长期效益十分显著。
从水泵结构上看叶片调节较复杂但其制造运行经验较为成熟，经过综合比较，决定采用叶片全调节方式。目前叶片全调节方式主要分为机械全调节和液压全调节2种类型，均有广泛的成功范例。影响叶片调节方式选择的因素主要是调节力矩的大小，这也间接地反映在水泵的叶轮直径和扬程上。
7 选定的水泵的主要技术参数
水泵形式：立式导叶式混流泵；配用功率：N=3 400kW；型号：2640HDQ26.7-10；叶片数：Z=4；叶轮直径：2.64m；水泵转速：n=150r/min；设计扬程：H=10.26m；设计流量：Q=26.7m3/s；效率：η=87%；叶片调节方式：液压操作全调节，自动和手动方式；叶片调节范围：a=-10°～+2°；叶片设计角度：-2°；水泵总重：70t。
8 结语
综上所述，排涝泵站水泵机组的选型工作质量对泵站整体功能的发挥有着重要的影响。本工程采用国际先进的Ns1250KSP模型及竖井筒体式结构，并通过肘形进水流道，平直管流道出水，水泵與电机通过中置式调节器刚性连接等方式，有效确保了泵站水泵机组的运行质量，并提高了泵站整体的排涝能力。
参考文献：
[1] 姜政同；韩其栋；初立旭.双塔泵站水泵选型方案比选[J].城市建设理论研究.2013年第14期
[2] 魏德林.农业节水灌溉水泵机组的选型与配套[J].黑龙江科技信息.2012年第25期
关键词：排涝泵站；水泵机组；特征参数；起吊方式
随着我国社会经济建设步伐的加快，国家对城乡基础设施建设的投资力度逐渐加大，水利基础设施数量日益增加。排涝泵站作为城乡水利基础设施的重要组成部分，担负着城市排水、防涝和防洪等重任，在改善城乡生态环境、促进经济发展和提高人们生活水平等方面发挥着不可替代的作用。目前，排涝泵站由于分布广、流域面积小、水位变化大、管理要求高、和运行年限长等特点，许多泵站存在水位和扬程变幅大等情况，给泵站的水泵机组选型工作带来了诸多的困难，一旦水泵选型不当，不仅会影响到排涝泵站整体功能的有效发挥，而且也会造成不可换回的损失。因此，建设单位必须重视泵站水泵机组的选型工作，从而最大限度确保排涝泵站的运行安全。
1 工程概况及特征参数
为了有效解决某地区的防洪排涝问题，要求建一座排水流量为160m3/s的泵站，排涝设计标准为20年一遇。泵站的相关参数见表1。
根据表1所述数据，泵站的水位和扬程变幅较大，给该站的水泵选型带来困难。
2 主水泵选型
该站装设6台主水泵（台数分析见后），通过计算的流道损失约为Δh=0.002 1Q2 m，由此推算，水泵能稳定启动和运行的扬程范围应在4.23～11.32m，水泵在扬程10.25m时抽排流量应不小于26.67m3/s，在扬程7.30m应处于高效区，水泵型式既可以选择轴流泵，也可以选择导叶式混流泵。轴流泵属于高比转速叶片泵，比转速通常不小于500，适用于低扬程区段。其特点是流量大、高效区较窄，效率受流量的变化影响较大，通常不能在小流量范围内运行。混流泵比转速较轴流泵低，其范围通常为300～500，适用于扬程相对较高的区段。其特点是高效区较宽、效率随流量变化的影响较小，能更好地适应流量变化要求。其功率曲线比较平坦，一般能够在小流量范围内运行。
根据以上分析，大中型全调节轴流泵大多使用在净扬程7m以下，而混流泵在2～10m及以上均有广泛运用。随着技术的发展，某些全调节轴流泵的使用扬程可达到10m左右，但在此情况下，可稳定运行的最大扬程和最小扬程之比会有所减小，一般小于2.0，稳定运行的扬程范围受到一定限制。
导叶式混流泵一般应用的扬程范围在5～30m之间，近年来，导叶式混流泵的使用扬程向下延至2m甚至更低，且也能稳定运行。
基于以上分析，在泵型的比选中将轴流泵方案和导叶混流泵方案各选一泵型做代表进行比较，从而选择出最优的水泵型式。为便于比较，2个方案均按泵站装机6台、单机设计流量为26.7m3/s考虑。泵段综合性能曲线见图1和图2。
从图1、图2可以看出，混流泵方案在高扬程下效率低于轴流泵，在设计扬程下的效率与轴流泵方案相当，在平均扬程和最小扬程下效率均高于轴流泵方案。显然混流泵方案比轴流泵更适应于本泵站的扬程变化。一般而言，轴流泵比混流泵更适合低扬程区运行，但是当泵站的特征扬程出现类似于本站的特点，即运行扬程变幅较大、最高扬程与平均扬程之比及最高扬程与最小扬程之比均较大时，情况就发生了变化。轴流泵由于高效区狭窄的固有特点，为适应本站的高扬程启动需要，其高效区不得不取在8～11m的偏高的范围，这就造成了水泵在平均扬程时不在高效区以及在低扬程时运行稳定性下降较大；而混流泵则由于高效区较宽，针对本站其高效区范围可取在在6～11m之间，包含了平均扬程的工况，且低扬程时运行稳定性相对较好。
综合考虑设备造价、土建投资、运行特性等因素，虽然轴流泵方案在总投资上略低于混流泵方案，但混流泵在高扬程下的运行和启动性能要比轴流泵要好，且平均扬程和低扬程下的效率高于轴流泵方案，经与业主协商，最后确定的水泵机组形式采用混流泵方案。
3 布置形式选择
水泵按照主轴的放置方向可分为立式和卧式。本工程的水位变幅比较大，选择立式结构可以减少占地面积，降低土建造价，但是也存在着起吊高度较大、厂房高度增加、机械荷载集中等缺点。由于地质条件较差，经分析即使采用卧式机组也需要采用桩基础，且本站机组尺寸较大、扬程较高，经分析本站主水泵采用立式结构。
4 主水泵台数选择
主机台数选择主要考虑以下几点。
（1）从工程投资看，一般在泵站流量相同的情况下，台数少则机电设备总数量少，泵房占地面积小，土建和机电设备投资都会减少。
（2）从运行维护看，水泵台数越少，运行管理工作量小，检修维护较方便，运行费用较低。
（3）从泵站的运行特性上看，水泵机组台数越多，流量适应性越强，一旦水泵机组出现故障，对运行的影响较小。
（4）泵站水泵台数及单机容量的选择还应结合排区内其他泵站的台数和容量综合考虑。
据调查，目前排区内已建有5座排水泵站，设计总排水流量为241.38m3/s，排区内其他排水站的机组台数配备小流量的机组较多。
经初步估算，装机4台则叶轮直径在3.6m左右，作为混流泵尺寸较大，造成机组制造的单位重量成本较高，且具有类似生产经验的国内投标商太少而不利于招标采购，同时厂房挖深比较大，不宜选取。故选取装机6台和8台的方案进行比较，这2种方案的主要参数比较见表2。
由表4可见，采用8台机方案比6台机方案价格高约644万元，显然采用6台机方案更为经济。经综合考虑，主泵机组的台数采用6台机的方案。
5 叶轮检修及起吊方式的选择
立式混流泵结构根据检修起吊方式分为抽芯式和传统常规形式2种，其中抽芯式结构有如下特点。 （1）安装检修方便。当进水池水位低于联轴层地面时，立式抽芯式结构可在不排除进水流道积水的情况下，将水泵的叶轮、顶盖、泵轴和导叶体沿轴向从机坑中整体吊出，可以不用在水泵层解体泵壳、叶轮并转运。降低了检修人员的劳动强度。
（2）效率高。据供水改造工程设计经验的相关分析，抽芯式结构水泵效率比非抽芯式高1%～2%左右，泵体造价虽然比常规结构稍高，但是节约了土建投资，综合效益高于非抽芯式结构。
（3）改善运行条件。立式抽芯式混流泵在井筒中运行，泵体运行稳定，震动小，噪音低，改善了泵站运行条件。
6 水泵调节方式选择
水泵的调节方式一般有3种形式，分别为叶片角度调节、变速调节和前置导叶调节。从实际运行情况看，采用叶片调节和变速调节的情况较多；变速调节主要有3种方式，即改变电动机极对数以及采用液力耦合器传动和变频调速；对于电机容量较高的情况，采用改变电机极对数的方法较为合适，目前国内水利行业大型变极双速同步电动机的研制及应用取得了较好的成果，其应用扩大了水泵的工作范围、节能高效；但是对于容量为3 400kW电机尚无变速调节运用实例，设备造价、研发周期对于本站均存在着较大的不确定性，排涝泵站年运行时间短，机组投资费用收回年限较长，大型变极双速同步电动机更适用于调水工程，其长期效益十分显著。
从水泵结构上看叶片调节较复杂但其制造运行经验较为成熟，经过综合比较，决定采用叶片全调节方式。目前叶片全调节方式主要分为机械全调节和液压全调节2种类型，均有广泛的成功范例。影响叶片调节方式选择的因素主要是调节力矩的大小，这也间接地反映在水泵的叶轮直径和扬程上。
7 选定的水泵的主要技术参数
水泵形式：立式导叶式混流泵；配用功率：N=3 400kW；型号：2640HDQ26.7-10；叶片数：Z=4；叶轮直径：2.64m；水泵转速：n=150r/min；设计扬程：H=10.26m；设计流量：Q=26.7m3/s；效率：η=87%；叶片调节方式：液压操作全调节，自动和手动方式；叶片调节范围：a=-10°～+2°；叶片设计角度：-2°；水泵总重：70t。
8 结语
综上所述，排涝泵站水泵机组的选型工作质量对泵站整体功能的发挥有着重要的影响。本工程采用国际先进的Ns1250KSP模型及竖井筒体式结构，并通过肘形进水流道，平直管流道出水，水泵與电机通过中置式调节器刚性连接等方式，有效确保了泵站水泵机组的运行质量，并提高了泵站整体的排涝能力。
参考文献：
[1] 姜政同；韩其栋；初立旭.双塔泵站水泵选型方案比选[J].城市建设理论研究.2013年第14期
[2] 魏德林.农业节水灌溉水泵机组的选型与配套[J].黑龙江科技信息.2012年第25期