戴明亮

（上海市政工程設(shè)計研究總院集團第六設(shè)計院有限公司，上海市 230031）

1 工程概況

安徽省懷寧縣中興河閘站抽排設(shè)計流量55.0 m3/s，設(shè)計揚程2.6 m，共安裝6 臺潛水貫流泵，總裝機功率4260 kW。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2017）和《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB 50265—2010）規(guī)定，確定中興河泵站工程等別為Ⅱ等，大（2）型泵站，站前閘、站身、出水涵等主要建筑物級別均為2 級。

2 泵站機組選型

本站為大型泵站，因機組較大，機組及結(jié)構(gòu)布置對站身基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性要求高，通常采用塊基型泵室。為確保項目建成后排澇效益優(yōu)越、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全、運行管理方便，在站身總體布置上，宜將堤后式布置作為首選方案。

考慮潛水泵具有安裝快捷方便、上部土建結(jié)構(gòu)較為簡單、運行對周圍環(huán)境影響較小等特點，且安慶地區(qū)已建泵站多數(shù)采用潛水泵，對該型泵的運行維護經(jīng)驗相對較為豐富，對站身機組布置結(jié)合土建進行綜合比較，選擇6 臺潛水軸流泵與6 臺潛水貫流泵兩種機組布置方案進行比選。

2.1 方案一：6 臺潛水軸流泵布置方案

選用6 臺1600QZ-100 潛水軸流泵，配YQGN 1180-20 型電機，單機容量710 kW，總裝機容量4260 kW。泵室采用正向進、出水，7 臺水泵機組在平面上呈一列式布置。根據(jù)水泵進出水流道的長度、水泵的尺寸及安裝檢修等要求，站身順?biāo)飨蜷L30.0 m，垂直水流向長30.6 m。泵室采用簸箕形進水流道，泵室底板高程3.70 m，出水流道采用蝸殼式，出水中心線高程11.5 m，泵室檢修層高程16.8 m，如圖1、圖2 所示。各流道進口設(shè)置檢修閘門，出口設(shè)置快速事故閘門。

圖1 潛水軸流泵剖面圖（單位：mm）

圖2 潛水軸流泵平面布置圖（單位：mm）

2.2 方案二：6 臺潛水貫流泵布置方案

選用6 臺1540GZBW 型潛水貫流泵，配YQGN 850-6 型電機，單機容量630 kW，總裝機容量4260 kW。6 臺機組在平面上呈一列式布置，根據(jù)水泵進出水流道的長度、水泵的尺寸及安裝檢修等要求，站身順?biāo)飨蜷L29.0 m，垂直水流向長33.2 m。泵室采用直管式進、出水流道，泵室底板高程6.5 m，進、出水中心線高程8.0 m，如圖3、圖4 所示。流道進口設(shè)置檢修閘門，出口設(shè)置快速事故閘門。

圖3 潛水貫流泵剖面圖（單位：mm）

圖4 潛水貫流泵平面布置圖（單位：mm）

上述方案布置功能上均滿足設(shè)計要求，現(xiàn)對比分析如下：

（1）工程布置方面

方案一、方案二排澇引渠、進水閘、排澇涵洞結(jié)構(gòu)尺寸均相同，前池、站身和壓力水箱結(jié)構(gòu)尺寸變化較大。平面布置上，兩個方案泵室結(jié)構(gòu)布置都比較緊湊，方案一機組總布置寬度略小，但順?biāo)飨蜷L度略大。豎向高程上，方案一底板底高程較方案二抬高了2.3 m，兩方案底板均坐落在⑥1層全風(fēng)化巖層。方案一由于泵室底板開挖較深，導(dǎo)致前池、壓力水箱開挖都較深，與上下游銜接長度加長。

因此，在工程布置方面，方案二優(yōu)于方案一。

（2）工程施工方面

方案一由于基礎(chǔ)開挖較深，位于⑥1層全風(fēng)化巖層以下3 m，施工降水、基坑支護等施工難度較大，且泵室內(nèi)部進、出水流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，泵室施工立模、混凝土澆筑難度相對較大。同時，方案一前池、壓力水箱等施工難度也進一步加大。

方案二泵室結(jié)構(gòu)相對簡單，且基礎(chǔ)開挖較淺，泵室混凝土澆筑總量相對較小，總體施工難度相對較小，施工進度易控制。同時，方案二前池、壓力水箱等施工難度也降低。

因此，在工程施工方面，方案二優(yōu)于方案一。

（3）機組裝置效率方面

方案一、方案二規(guī)劃設(shè)計條件相同，水泵裝置[1]型式不同。根據(jù)廠家提供資料，方案一、方案二水泵運行效率分別為87.6%、86.4%，兩種方案設(shè)計凈揚程均為2.3 m，在進出水建筑物相同的前提下，方案一流道水頭損失大于方案二，從而方案一的管路效率小于方案二。經(jīng)計算，方案一、方案二的總裝置效率約分別為63.3%、75.0%。方案一的總裝置效率低于方案二。

因此，在機組裝置效率方面，方案二優(yōu)于方案一。

（4）運行維護管理方面

兩種方案均為潛水泵，僅僅是裝置方式不同，機組均為整體集成式，運行調(diào)度都比較靈活，維護管理相對簡單。對于潛水泵，機組安裝可不設(shè)廠房，通過吊車直接吊裝；機組應(yīng)定期進行維護，檢修直接運送至廠家進行返修。

（5）工程投資方面

兩個方案的機組布置不同，對主體建筑工程、主機設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)等方面的工程量影響較大，各方案可比投資見表1。從可比投資看，方案一總體土建工程量較大，方案二較省。

表1 潛水軸流泵與潛水貫流泵方案投資對比

綜上所述，方案二6 臺潛水貫流泵機組布置方案較優(yōu)，泵房基礎(chǔ)開挖深度較淺，工程施工方便，機組運行效率較高，投資相對較省，工程管理方便。因此，本次設(shè)計推薦6 臺貫流泵機組方案。

3 運行效率分析

對泵站的整個流道劃分計算模型時，將流道分為三個部分來進行數(shù)值模擬，分別為潛水貫流泵葉輪前部的進水流道段、從潛水貫流泵導(dǎo)葉后部到拍門后一段的出水流道段，以及三臺泵出水最后匯合的匯入段。其中，由于匯入段前三臺潛水貫流泵的布置方式與尺寸相同，進水流道段和出水流道段只進行單臺泵的計算，簡化計算過程。

泵站中的潛水貫流泵進水流道段、潛水貫流泵出水流道段及匯入段的計算邊界條件均設(shè)置為速度進口條件和壓力出口條件[2]。進水流道段和出水流道段的計算流量按一臺泵的設(shè)計流量9.63 m3/s 來計算，匯入段的計算流量為三臺泵的總和，經(jīng)計算進水流道的入口速度為0.8025 m/s，出水流道的入口速度為4.2338 m/s，匯入段的入口流速為0.40125 m/s（見圖5 至圖7）。

圖5 進水流道段截面速度分布圖

圖6 出水流道段截面速度分布圖

圖7 匯入段截面速度分布圖

泵站流道的數(shù)值模擬[3]，分別計算得到了各段的水力損失，結(jié)果如下：進水流道段，h1 損為0.0508 m；出水流道段，h2 損為0.1013 m；匯入段，h3 損為0.0371 m。由于三臺潛水貫流泵為并聯(lián)，單位質(zhì)量的液體在泵站中流動的總水力損失等于部分損失之和，即h 總損=h1 損+h2 損+h3 損=0.1892 m。

由此可見，整個泵站流道的損失都較小，在葉輪提供的揚程足夠的情況下，機組運行參數(shù)可以滿足要求。其中，出水流道段由于液體速度較快，以及拍門處面積的突然擴散，水力損失相對于其他部分稍大。

4 結(jié)語

綜上所述，針對安徽省懷寧縣中興河閘站設(shè)計流量大、揚程低的特點，經(jīng)設(shè)計分析比較，選用了潛水貫流泵裝置型式，并通過模擬仿真分析對水泵結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。泵站機組布置結(jié)構(gòu)簡單，開挖深度小，進、出水流道水力性能好，可在較低揚程下獲得75%以上的裝置效率。由此可見，采用較優(yōu)的機組型式和土建結(jié)構(gòu)，使水泵在特低揚程下，裝置效率能達到較高的水平。該泵型在沿海地區(qū)應(yīng)用較多，目前在沿江地區(qū)應(yīng)用相對較少。本項目的實施對推動大型潛水電泵技術(shù)在江淮山丘地區(qū)應(yīng)用具有重要意義。