摘 要：新疆某大型泵站工程具有高扬程、大流量的特点，鉴于此，在已有研究资料的基础上开展该泵站机电设备选型的研究，结合国内部分类似泵站的机电设备选型设计，通过计算和分析，合理确定机电设备的主要参数，为机电设备的经济、安全、稳定、长期运行奠定基础，为今后其他类似泵站机电设备选型设计提供参考。

关键词：机电设备;水泵;电动机;阀门;水力监测;选型

中图分类号：TV675    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）10-0068-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.10.018

1    泵站基本設计参数

泵站位于水库附近，从水库取水，扬水至出水池。泵站设计供水流量为3.5 m3/s，年运行4 080 h。泵站输水管路为一根，主管直径1.8 m，长度约72 km。

进水池水位（水库）：正常水位500 m，最低水位483 m。

出水池水位：正常水位514 m，最低水位507 m。

2    主机参数的选择

2.1    水泵台数选择

水泵台数的选择应考虑技术经济性和运行灵活性，在满足运行灵活性的前提下，台数越少越经济，可以减少设备和土建投资。工作泵的台数应满足运行灵活性，备用泵台数应考虑供水的重要性和年运行小时数，并满足机组正常检修或事故时的流量要求。

泵站设计流量不大，采用1台或2台工作泵较合理;备用泵按规范要求，重要的供水泵站，工作机组3台及3台以下时，宜设1台备用机组[1]。不同水泵数方案比较如表1所示。

从表1可以看出，2台工作泵方案主要设备重量要轻，相应设备投资要少。主泵房平面尺寸相差不大，土建工程量相近。1台工作泵方案，单泵流量偏大，运行不灵活且备用泵容量偏大，造成设备闲置浪费。另一方面，泵站出水池为水池，不具备调蓄能力，采用2台工作泵可以更好地适应流量变化，运行较为灵活。

综上，水泵台数采用3台，2台工作，1台备用。

2.2    水泵型式选择

水泵扬程在100 m左右，采用技术成熟、性能先进的水平中开单级双吸离心泵最为合适。由于水泵为卧式布置，水泵和电机可以布置在同一层，设备的维护与检修方便，设备和泵房土建投资也较少。

2.3    水泵主要参数确定

2.3.1    水泵的扬程H

水泵扬程应基于泵站进、出水池的运行水位高差，并计入管道水力损失确定。

水库是一个年调节水库，水位变幅较大，相应水泵扬程的运行范围也较大，为保证泵站全年都能取得设计流量，水泵设计扬程应采用最大扬程。根据进水池（水库）最低运行水位483 m，出水池最高运行水位514 m（进、出水池的最大水位高差31 m），管路水头损失73 m，计算水泵最大扬程为104 m，水泵设计扬程亦为104 m。

水泵运行特性曲线如图1所示。最大扬程或设计扬程下的管路特性曲线方程为H=31+5.96Q2，根据预估的水泵性能曲线可以得出：2台水泵并联运行时，流量Q=1.75 m3/s，扬程H=104 m;单台水泵运行时，流量Q=

2.25 m3/s，扬程H=61.2 m。

水泵最小扬程根据进水池（水库）最高运行水位500 m，出水池最低运行水位507 m（进、出水池的最小水位高差7 m）计算，根据水泵性能曲线以及该水位下的管路特性曲线方程H=7+5.96Q2，可以得出：2台水泵并联运行时，流量Q=1.85 m3/s，扬程H=88.6 m;单台水泵运行时，流量Q=2.5 m3/s，扬程H=44.3 m。

由此可以看出，2用1备方案下，单台水泵运行时流量的变化幅度在40%以上，扬程的变化幅度在50%以上，水泵将产生非常严重的汽蚀、效率下降和电动机过载等问题，严重影响水泵的安全、稳定与高效率运行，因此需采用变频调速装置，降低水泵运行转速，将水泵流量限制在允许范围内。

2.3.2    水泵转速n和比转速ns

水泵转速应保证水泵在获得较高平均效率的同时又具有良好的汽蚀性能。

汽蚀比转速系数计算公式：

C=5.62n■/（NPSHr0.75）

根据目前水泵的先进制造水平，汽蚀比转速系数C值可以达到1 100以上，考虑泵站的水质为清水，可以采用较高的汽蚀比转速系数。

对双吸泵，流量应取1/2，扬程100 m段水泵必需汽蚀余量NPSHr可以取7 m，经计算水泵转速可以达到900 r/min以上，确定采用同步转速1 000 r/min，相应异步转速为980 r/min。

比转速计算公式：

ns=3.65n■/H0.75

采用980 r/min转速，相应水泵比转速为103 m·kW，在水泵效率较优的范围内。

2.3.3    水泵效率η0

按国内目前同类型水泵制造的先进水平，水泵设计点效率η0应达到88%以上。

2.3.4    水泵安装高程

水泵的安装高程应满足在进水池水位最低时，不同工况下水泵对必需汽蚀余量NPSHr的要求，保证水泵不产生有害的汽蚀。当泵站有压取水口检修时，需要采用水库附近的无压放水池取水，这时的水位应为进水池最低运行水位;水泵运行的最不利工况为单台水泵运行。

水泵安装高度计算公式：

Hsz=Pa/ρg-Pv/ρg-NPSHa-Δhs

当地海拔高度的大气压力Pa/ρg为9.5 m，常温下的汽化压头Pv/ρg为0.24 m，吸水管路水头损失Δhs为3 m。单台水泵运行，水泵必需汽蚀余量NPSHr为7.7 m，考虑水质为清水，装置汽蚀余量NPSHa按1.2倍NPSHr考虑，为9.2 m，经计算水泵叶轮入口边高点的最小淹没深度为-2.9 m。

无压放水池水位474.3 m，并考虑0.5 m的富裕度，推算至叶轮进口中心线处的水泵安装高程为468.8 m。

2.3.5    水泵轴功率

水泵轴功率计算公式为：

N=9.81QH/η

由此计算，水泵设计轴功率为2 029 kW。

水泵最大轴功率发生在单台水泵运行及最小扬程下，该工况下：流量Q=2.5 m3/s，扬程H=44.3 m，效率η=49%。

由此计算，水泵最大轴功率为2 217 kW。

2.4    电动机选型

电机采用三相交流异步调速电动机，空—空冷却方式，S1工作制（长期运行拖动水泵负载），防护等级为IP54。电机额定功率应在水泵全部运行范围内不超载，按水泵的最大设计轴功率的1.1倍确定。

电动机主要技术参数：额定功率2 500 kW，额定转速980 r/min，额定电压6 kV，额定频率50 Hz，额定效率95.0%，功率因数0.83。

3    辅助机电设备

（1）水泵进、出口阀门。水泵进水管道流速按1.5 m/s考虑，管道直径DN1 200 mm。水泵进口设置检修阀，采用电动蝶阀，直径DN1 200 mm，公称压力1.0 MPa。

水泵出水管道流速按2.0 m/s考虑，管道直径采用DN1 000 mm。水泵出口设置工作阀和检修阀。工作阀采用多功能水力控制阀，阀门直径DN1 000 mm，公称压力1.6 MPa，可以满足离心式水泵闭阀启动和两阶段关闭防水锤要求。检修阀采用电动蝶阀，直径DN1 000 mm，公称压力1.6 MPa。

（2）消防供水系统。消防供水采用水泵供水方式，从主泵进水管吸水，经消防水泵加压后送至消防总管。消防水泵设置2台，1台工作、1台备用。水泵参数：Q=90 m3/h，H=50 m。

（3）排水系统。主泵房内设置集水井，用以收集泵房渗漏水、设备和管路漏水等，水井有效容积为3 m3，设置2台潜污泵（1台工作、1台备用），水泵流量10 m3/h，扬程10 m。

（4）起重设备。最大起吊重量按水泵整体或电机整体起吊考虑，电动机重量约为15 t，主泵房内设置1台20/5 t单小车桥式起重机。

（5）水力监测系统。为满足水泵机组正常和经济运行，泵站设置以下监测项目：1）主水泵进、出口压力：采用数显压力变送器;2）主泵流量：采用法兰式电磁流量计;3）振动摆度：8点/每台机。

4    机电设备布置

主泵房布置3台泵组及附属设备，机组间距10.5 m，顺水方向右端布置1個检修安装间，长度9.9 m。泵房总长度45.7 m，宽度22.3 m。泵房分2层布置，各层高程分别是泵房地面层？荦473.25 m、设备层？荦466.90 m，桥机轨面高程为？荦480.75 m。

5    主要机电设备清单

主要机电设备清单如表2所示。

6    结语

泵站机电设备的选择直接影响到泵站建设的经济性和今后运行的安全可靠性。水泵主要技术参数的选择应在确保机组稳定可靠的前提下，使水泵的性能较为先进，符合国内外技术发展水平，而且各机电设备之间达到总体的最优配合。

[参考文献]

[1] 泵站设计规范：GB 50265—2010[S].

收稿日期：2022-03-01

作者简介：徐富龙（1989—），男，新疆哈密人，工程师，从事水利水电工程水力机械设计工作。