第１６卷 第４期 中 国水运 ＶｏＩ．１６ Ｎｏ．４ ２０１６生 ４月 Ｃｈ ｉ ｒｌａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ａｐｔｉ Ｉ ２０１６ 大型泵站技术供水方案设计探讨 郭 瑞 ，王 丽 ，倪德斌 ，段育慧 （１．淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏淮安２２３００１；２．镇江市润州区水利局，江苏镇江２１２０００） 摘要：宿迁市井头泵站是宿迁地区一座重要的农业灌溉泵站，采用竖井贯流式形式，具有低扬程、大流量、高效 率等特点。泵站的辅机系统包括油系统和水系统，其中技术供水系统是整个辅机系统的重要部分，关系到主机组能 否正常运行。通过对几种不同技术供水方案进行分析对比，优化设计比选，确定最佳的技术供水方案，对同类型泵 站的技术供水设计有借鉴作用。 关键词：泵站；技术供水；设计优选 中图分类号：ＴＶ６７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１６）０４—０１５１－０３ 一、引言 井头泵站泵轴密封部件采用压盖式填料密封，填料采用 井头泵站位于宿迁市城区北郊，宿迁闸下中运河左堤， 耐磨性好及具有良好自润滑性能的聚四氟乙烯纤维盘根，因 该站是江苏省境内江水北调向骆马湖和中运河补水的一座梯 正常运行期填料处充满水，填料不用有压清水润滑，填料盒 级泵站。其功能主要是为来龙灌区提供灌溉水源，其次是在 下部设集水箱，收集渗漏水并通过管道引出，以保持泵井内 特殊干旱年份向皂河灌区、黄墩湖、黄运夹滩灌区和宿迁闸 干燥、整洁。消防用水采用消防泵直接抽取河道水，生活用 上中运河通航补水以及特殊年份向骆马湖补水。老站建成于 水采用深井泵供水。因此本文进行方案优选的技术供水设计 １９８３年５月，共安装２６ＨＢ一４０型卧式混流泵，配６，１６０Ａ 方案仅考虑冷却供水系统。 型柴油机８０台套，总装机容量８，ＯＯ０ｋｗ，设计流量 三、几种技术供水方案分析 ８０ｍ。／ｓ，设计净扬程２ｍ。２００８年井头泵站纳入全国大型 １．冷却盘管循环供水 灌溉排水泵站更新改造项目。２０１３年，江苏省发展改革委 井头泵站技术供水方案可研拟采用高位水箱一循环供水 及省水利厅联合行文批准建设井头泵站工程，改建后的泵站 泵一机组设备一冷却盘管一循环供水泵循环供水方式。即高 布置在原井头一站的原址上，工程总投资７，６３４万元，设计 位水箱注入的纯净水经过循环供水泵加压进入机组设备，再 流量８０ｍ。／ｓ，采用５台２５００ＺＧＢ１６—２型竖井贯流泵机组， 经过冷却盘管冷却后重复循环。每台机组技术供水系统相互 机组采用平行轴齿轮箱传动，配平直管进出水流道。水泵叶 独立，单台机组选用２台ＩＳＧ５０—２００Ａ型管道泵 轮直径为２，５００ｍｍ，转速为１２５ｒ／ｍ，配套电机选用额定 （Ｑ＝１３．５ｍ。／ｈ，Ｈ＝４３ｍ，配套电机功率４ｋｗ）增压，其 功率为７ｌＯｋＷ卧式异步电动机５台套，总装机容量 中一台备用。高位水箱用于供循环系统启动前充水和后期补 ３，５５０ｋＷ，电压等级为ｌＯｋＶ，电机型号为ＹＫＳ５００４—６。 水；冷却盘管盘管固定于流道内，通过流水降低管内水温。 二、技术供水量需求分析 此方案冷却盘管循环供水方案系统图见图１。 本站主要用水对象有：主电机冷却用水、齿轮箱冷却用 水、组合轴承冷却用水、主轴密封润滑水、消防用水以及生 活用水等。根据设备有关资料计算，电动机轴承选用ＳＫＦ滚 动轴承，油脂润滑，采用水冷却方式，电机轴承冷却水量为 １Ｏｒｅ。／ｈ；齿轮箱采用冷却盘管冷却，水量为９Ｌ／ｍｉｎ；推 力径向组合轴承部件采用油浴润滑，外加循环水冷却，水量 为０．５Ｌ／ｓ。经计算单台机组冷却水需求量约１２．３５ｍ。／ｈ。 单台机组技术供水量统计如表１。 表１井头泵站单台机组技术供水量统计表 ☆ Ａ“ｍ 图１冷却盘管循环供水方案系统图 该方案优点是设备简单，造价低，运行管理方便，适用 于冷却水量小，开机频率低的排涝泵站；缺点是冷却盘管时 间长容易被水流冲击损坏，后期维修量大，对于冷却要求高 收稿日期：２０１６—０３—１３ 作者简介：郭瑞（１９８４一），男，江苏淮安人，淮安市水利勘测设计研究院有限公司工程师，毕业于扬州大学水利科学 与工程学院水利水电工程专业，主要从事泵站设计等工作。 １５２ 中国水运 第１６卷 的泵站，冷却效果不尽人意。 ２．河道取水直供 机组冷却水采用水泵直供方式，水源为中运河河水。供 水泵选用２台ＳＬＳ１００—２００Ａ型立式离心泵（Ｑ ６５ｍ。／ｈ， Ｈ＝４７ｍ，配套电机功率１８．５ｋＷ），其中一台备用。水流经 供水泵加压后进入供水母管，通过管路送入各用水机组设备， 后经过排水母管排入河道。通过河水直接冷却机组设备。水 泵抽河水直供方案系统图见图２。 图２水泵抽河水直供方案系统图 该方案优点是设备精简、耗能低、总体造价低，维护方 便，且便于管理，非常适用于河水杂质少，泥沙含量低的中 小型泵站；缺点是冷却水虽然经过过滤，但难免还是存在一 定的泥砂，泥砂杂质随水流进入管道，一方面容易堵塞管道， 长期使用还易在冷却管中形成污垢，降低换热系数；另一方 面泥砂对轴承存在一定的磨损，一旦轴承磨损量大超过限定 值，容易发生安全事故。对于大型泵站，从安全可靠性上考 虑，尽量不予采用直供方案。 ３．循环换热器供水 循环换热器供水方案，即循环水池一技术供水泵一循环 换热器一机组用水设备一循环水池循环冷却的方式。该技术 供水方式为密闭循环水冷却方式，泵房内设循环水池，由供 水泵从水池取水加压后，先通过循环换热器，然后至机组用 水设备，再返回循环水池。循环换热器由冷却水泵取河水过 滤后作为冷却水源，循环水池水源为自来水或者深井地下水。 循环换热器供水方案系统图见图３。 图３循环换热器供水方案系统图 该方案优点是冷却效果较好，但是设备复杂、总体造价 高，维护不易，对运行管理要求较高，适用于投资相对宽裕、 管理人员素质高，人手较多的大型泵站。一套冷却水系统包 含众多设备，如换热器，该设备体积较大，维护不易；系统 两套离心泵系统，一套系统为技术供水增压所用，一套为换 热器冷水所用，能耗较大，设备占地面积较大。井头泵站改 造前动力设备为柴油机，泵站管理人员对辅机设备管理经验 较少，综合考虑，井头泵站不适于循环换热器供水方案。 ４．冷水机组循环供水 冷水机组循环供水方案，即技术供水泵一冷水机组一机 组用水设备密闭循环冷却方式。水流经供水泵加压后，先通 过冷水机组充分冷却，然后至机组用水设备，再返回循环水 系统。 该方案适用于冷却水量需求较大的大中型泵站，已成功 运用于南水北调东线一期工程及其他大中型工程。如：南水 北调东线第一期工程洪泽站、睢宁二站等。冷水机组循环供 水方案系统图见图４。 图４冷水机组循环供水方案系统图 该冷却方式优点是冷却效果好，设备运行稳定，冷却水 量及进水温度均可以通过设定自动调节。冷水机组具有档次 高、功能全、组合灵活、安装简便、运行稳定安全可靠的特 出优点；采用微电脑控制，动作灵敏可靠，自动化程度高， 具有高低压、失压、断水、缺相、过载、欠压、防冻、压缩 机内设温度控制保护等功能，另有独特压缩机等寿命运行控 制系统；冬季智能除霜，并可对循环水的冻结进行远程监测。 缺点是冷水机组造价偏高，能耗略偏大。 四、最佳技术供水设计方案选定 井头泵站为一座大型农业灌溉泵站，承担着宿豫区９０ 万亩农田的灌溉任务，泵年运行时间长，对技术供水可靠性 要求高。由于下游河道抽取的是中运河水，河道泥沙含量大、 水质较差，水草及生活垃圾较多，加之浮游生物容易寄生管 道。在中运河上泵站技术供水方案不适宜采用水泵冷却盘管 循环供水、河道取水直供方案。而循环换热器供水方式设备 复杂、维护工作量大，故障点较多，也不适宜采用。 通过对以上四种技术方案的比选分析，最终选定已经在 南水北调得到成功应用的第四种方案，即冷水机组循环供水。 该方案尽管冷水机组制冷需要消耗部分能量，但实践证明， 运行的可靠性及冷却效果是其它几种方式无法比拟的。同时， 在运行过程中可根据环境温度变化，适当调整制冷温度，从 而避免冷凝，降低能耗。 五、供水设计方案计算分析 （下转第１ ５５页） 第４期 施永光等：中型水闸基坑降排水方案及计算浅析 １ ５５ 用水平仪抄平，以保证成孔的垂直度，并指定技术人员跟机 ． ／～ Ｉ ｌ测定泥浆的比重、粘度、含砂率和胶体率，钻进过程中及时 调整上述参数数值。既要防止塌孔，又要防止因泥浆比重大、 粘度大而造成钻孔周边土体孔隙堵塞，影响降水效果，泥浆 一需 稠荫＝＿ 比重控制在１．０５以内。 成孔后的清孑Ｌ采用反循环施工法。清孔后及时安放井管， 井周边使用扶正木，以控制井周边滤水层的厚度和井管的垂 直度。选用标准透水无砂砼井管，外裹两层８０目滤网，现 场取水样试验，控制含泥量在万分之五以内。 滤层采用级配较好的绿豆砂沿井管周边均匀上升。滤层 完成后的试抽要控制降水速率，因为抽水过程也是周边滤料 图２ 密实的过程，如抽水速度过快，周边土体可能渗进滤料层， 甚至堵塞井管。试抽时采用小型井泵，分节进行，使井底水 位均匀缓慢地降低。 按照图２计算得到的总涌水量与本第５．２．１节计算得到 的总涌水量相近，故总涌水量、深井井点数、钻井参数和布 置距离均能满足姚庄闸工程的降水要求。 （５）降水设备配备 根据上述验算的井点位置、涌水量选择降水设备为 ８０ｍｍ口径潜水电泵，出水量为４０ｍ。／ｈ，扬程３０ｍ，功 率为５．５ＫＷ。 试抽使周边滤料密实后，进行洗井，采用橡皮活塞反复 抽拔进行，定时测定出水的含泥量。如超过标准，及时进行 调整滤网，管井抽水正常进行时，安排专人２４ｈ排班监管， 及时处理异常情况，为掌握实际降水情况，加强对井中的水 位进行观测，对水位进行连续观测、记录、整理，并及时调 整泵的高度，把地下水降至施工设计要求的水位。 六、小结 由总涌水量计算得到单井每小时出水量为： 一７０２３．５９ １２７２ ／ｈ ．２４ｎ ２４Ｘ２３ （１）经验算，姚庄闸工程采用基坑明排水和管井降水相结 合的降水方案能够满足该工程的施工要求，无需起用备选方案。 （２）姚庄闸实际施工过程中，由于降排水工作安排科学、 合理、到位，在后续的水泥土换填和主体工程施工时，均未受 到地下水和基坑明水的不良影响，工程质量得到了保证，施工 现场环境得到了显著提升，对质量控制和安全管理均不无裨益。 （３）希望本文对类似水工建筑物的施工具有参考作用， 有不妥之处，敬请指正。 而所选用的潜水电泵出水量为４０ｍ。／ｈ，大于上述计算 结果，该设备符合使用要求。 （６）管井井点施工 管井施工工序为：井位放样一安护筒一钻机就位、钻孔 一回填底砂垫层一吊放井管一回填管壁与孔壁间的滤层一安 放水泵试抽水一正常运行。 管井施工使用反循环钻机钻孔，孔径为５０ｃｍ。钻机利 （上接第１５２页） 根据井头站的技术供水量统计，供水泵可选用２台 ＳＬＳ８０—２００型立式离心泵（Ｑ＝６５ｍ。／ｈ，Ｈ＝４６ｍ，配套电 机功率１５ｋＷ），其中一台备用，水泵采用变频控制。系统设 一８２ｍ。／ｈ。冷却水有一定的裕量，满足技术运行要求。 六、结语 经过近四十年的运行管理探索，大型泵站辅机的油、气、 水系统技术得到了不断的发展，尤其是技术供水的新技术、新 设备得到了广泛的开发和应用。井头泵站的设计结合了泵站自 身技术供水的需求特点，通过对现有的几种较为成熟的供水方 案比选，提出了最佳技术方案，较好地解决了工程存在的问题。 高位水箱，用于循环管道充水及后期运行补水，水箱用水 为纯净水。冷水机组选用三台ＺＷＬＱ一３０型轴瓦冷却器专用 机组并联。系统图见图４。 根据ＺＷＬＱ一３０型机组制冷量为９０ｋＷ，冷却水额定流量 大量的工程运行实践证明，水利工程尤其是大中型灌溉、 排涝泵站的辅机技术可靠性尤为重要，降低运行维护的技术 和资金成本、降低运行故障率，是泵站运行管理追求的最高 目标之一。 参考文献 【１】徐辉．贯流式泵站［Ｍ】．北京：中国水利水电出版社，２００８． 【２】潘成昂．泵站辅助设备及自动化【Ｍ】．北京：水力电力出 版社。１９９５． 为１８ｍ。／ｈ，压缩机额定功率为２６．４６ｋＷ，风机额定功率为 ２．２５ ｋＷ，上述性能参数是在制冷工况下，进水温度１２￣Ｃ， 出水温度７℃，环境温度３５￣Ｃ所测定。主电机冷却水要求进 水温度小于３３￣Ｃ，齿轮箱冷却盘管要求进水温度不大于２０￣Ｃ。 若考虑用水设备进水温度１７℃，回水温度２０￣Ｃ时，制冷量修 正系数为１．３１，则制冷量为１ １８ｋＷ，冷水机组冷却水流量应 为２１．５ｍ。／ｈ。在用水设备进、出水温度差３￣Ｃ时，则水流量 应为２１．５／ｏ．６＝３５．８ｍ。／ｈ。如果不考虑制冷量修正系数和其 ［３】储训，陈履．大型泵站建设和更新改造对策『Ｍ】．南京： 河海大学出版社，２０００． 他管道损失，则３５．８／１．３１＝２７．４ｔ。三台冷水机组总水量为
