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泵站水泵选型方法
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干河泵站供排水系统主要技术特点 第51卷第5期 2015年5月 甘肃水利水电技术 1． 015 ·设计与研究· 干河泵站供排水系统主要技术特点 闫黎黎，邢海仙，郭建平 (云南省水利水电勘测设计研究院，云南昆明 650051) 摘要：针对干河泵站地下厂房及泵组设备供排水要求，结合工程枢纽布置和外部供排水条件，选择了与常规电站及 泵站不同的供排水方式及设备配置方案，可为大型泵站的供排水系统设计提供借鉴。 关键词：地下泵站；技术供水；渗漏排水；供排水方式 中图分类号：献标志码：B 文章编号：(59—03 1 前言 国内大中型电站供水系统主要根据设备用水要 求及电站水头来确定供水方式，广泛采用的供水方 式有自流供水、自流减压供水，水泵供水，水源取自 水库、压力管道、电站尾水及外水源等；针对一些电 站河水泥沙含量大或杂质多不能满足设备水质条件 时，采用水泵密闭循环供水方式可以解决技术水质 问题。然而对于大型地下泵站，常规的供水方式已 不适用。对于厂房渗漏排水系统，目前国内主要以 长轴深井泵排水为主流，是否能选择更为安全运行 可靠的设备也是值得探讨的问题。 云南省牛栏江一滇池补水工程干河泵站装机容 量90 4台泵组．水泵配套电动机单机功率 22．5 站设计流量7．67 m3／s，最高扬程233．2 m， 设计扬程221．2 m，最低扬程187．4 m，扬程变幅范围 45．8 m。泵站枢纽由上游水库(进水池)、进水隧洞、 调压井、进水主管、地下泵站系统、出水竖井和管道、 地面出水池等组成。进库最低水位1 752．0 m，正常 水位l 790．0 m：出水池设计水位1 976．8 m，水泵安 装高程1 725．0 m。从工程枢纽布置可知，厂房最大 埋深约150 m．泵站主厂房正好处在“U”形引出水系 统的最底部．全部处在水库水位以下，其中厂房阀室 集水井底板高程l 710．1 m，位于水库水位以下42～ 80 m。基于本工程主泵房及主要设备所处位置，常规 的技术供水模式已不能满足使用要求，泵站地下枢 纽及附属洞群部分的排水安全显得尤为重要。 本文针对干河地下泵站所处位置的特殊性和不 利条件。对泵组技术供水及厂房排水系统方案进行 了综合分析和比较，提出了结合本工程特点、难点的 技术方案和措施。 2技术供水系统方案 2．1 供水对象、水量及水压要求 干河泵站技术供水系统分地下泵组技术供水及 地面变频调速装置技术供水两部分．本文重点论述 地下泵站泵组技术供水部分。 泵组技术供水系统主要供水对象为电动机推力 轴承油冷却器、上导轴承油冷却器、空气冷却器、下 导轴承油冷却器、水泵导轴承油冷却器和主轴工作 密封的用水，根据制造商提供的数据，单台机组总需 水量约300m3／h。 常规机组各类冷却器水压要求为一般为0．2 0．4 于4台泵组布置于1 725 水泵进水侧水位(库水位)高出水泵27 65 m。出水 侧出水池水位高出水泵251．8 m，对于水泵而言．在 正常运行工况，水泵的进出水侧均为正压状态，从流 道系统看没有正常的技术排水通道。鉴于厂房已处 在整个“U”水力系统的最低位置，从厂房安全等因 素考虑．不允许将机组冷却水排致厂房集水井．唯一 的机组技术排水通道只能选择水泵进水侧一端，为 此要求机组冷却器出口水压不能低于0．7 2_2机组冷却器技术供水方案选择 基于上述特殊供水条件，采用常规的技术供水 方案很难满足本项目设备技术供水要求的。设计单 位经过多方案比较，必选了两种可行的技术供水方 式。方式一为单元自流减压供水方案，方式二为单 元水泵加压方案，两种方案比较如图1、图2所示。 方式一，自流减压供水方式(图1)：水源取自主 泵出水侧管道，系利用水泵出口压力(1．89 2．33 流减压后供水至各供水对象后排至主泵进 水侧，该方案的优点是供水系统简洁，投资较省，但 收稿日期： 作者简介：闫黎黎(1982一)，女，傣族，云南普洱人，工程师，主要从事水力机械设计。26．59· 2015年第5期 甘肃水利水电技术 第51卷 图1 单元自流减压供水方案 图2单元水泵加压供水方案 阀 阀 缺点也很突出，首先是压差比较大，特别在水库低水 位高扬程段．减压阀进出口压差高达198 m，造成能 量浪费，且增加主泵功耗。不符合节能减排的原则： 其次受主泵进水侧变幅达0．31—0．69 ，为满足冷却器进出151压力的合理匹配，减压阀出 口压力须根据库水位变化随时调整。给运行管理带 来极大不便。另外该方案在泵站第一台机组启动前 必须具备出水侧压力管道充满水形成压力才能自流 减压供水，无形中增加了边界条件。 方式二，单元加压泵供水方式(图2)：水源取自 进主泵水侧压力钢管，每台主机设两台加压泵，互为 备用，水泵加压供水至各供水对象后仍返回至主泵 进水侧。从图2看类似水泵密闭循环供水。该供水 方式优点是加压泵扬程仅需克服供排水段管道及冷 却器管路水损．理论上在机组供水量不变的情况下 扬程是恒定的．水泵出口水压随进口压力变化 (0．31 0．69 变化，可以保证在不同扬程运行 范围内各供水对象冷却器水进出过 管路水力计算。本泵站供水系统加压泵扬程仅为 45 m。按每台机300 m3／机功率仅为 55 自流减压方案相比，可以大大减少供水用 电成本。缺点是加压泵与主泵均为同步连续运行， 对厂用电及设备等要求较高。 综合比较两种供水方案优缺点，加压泵供水更 ·60· 具有可操作性。节能效果明显．因此，确定本泵站泵 组技术供水采用加压泵供水方式。 2．3主轴密封供水 主泵主轴密封采用三层接触式径向密封，密封为 自补偿型，供水压力0．9～1．0 水量1．8 m3／h。 本泵站主轴密封用水量虽然很小，但鉴于其重 要性对水质及水压供水要求极高，技术供水系统无 法满足其用水需要。为此设计中结合消防供水、地 面变频系统供水设置的高、低位消防水池(高位水池 采用调压井深井泵供水与出水侧压力压力管道取水 相结合)从低位水池取水，利用水池的沉淀过程，同 时配置高精度滤水器过滤后自流供至每台泵组主轴 密封用水，确保主轴密封水清洁并把压力保持在 0．9～1．0 3厂房排水系统方案 3．1 地下厂房排水廊道布置 为减小库水向地下主厂房的渗透，在地下厂房 周围共布置了三层灌浆及排水廊道，利用廊道进行 帷幕灌浆，在防渗帷幕体后设置排水孔，并形成稳定 渗流场，减小主厂房衬砌外水压力。第一层灌浆及 排水廊道布置在距地下厂房顶部46．736 程 1 796．O0 m：第二层灌浆及排水廊道布置在地下厂房 顶部四周，高程1 741．06 m：第三层灌浆及排水廊道 布置在地下厂房下部四周，高程1 719．30 m。第一层 廊道渗漏水自流排出水库；第二层廊道汇集到二层 廊道内集水井，由水泵排出；第三层廊道和各辅助洞 室渗漏水汇人厂房内的各种积水等。在厂房防潮隔 墙内布置排水管、槽将水引入检修球阀室层底部的 集水井内，由水泵排出。地下厂区排水廊道横剖如 图3所示。 3。2渗漏排水量 地下厂房渗漏水除水泵等少量设备排水外，主 要就是可能危及厂房安全的洞室群水工建筑物围岩 的渗漏水、事故涌水等．武汉大学对干河泵站地下厂 房洞室群围岩稳定及渗流分析计算结果表明：在正 常运行工况下，第一层廊道位于地下水位以上．渗流 量较小，且有自流排水能力；第二层廊道的渗流量为 2 190 m3／d，第三层廊道的渗流量为4 802 m3／d，主厂 房渗漏量66 m3／d。 3．3排水总体方案 根据各层渗漏排水量及结构布置，各渗漏排水 地点较为分散。为此共设置了3个水泵排水系统。 (1)在二层排水廊道设置一集水井，渗漏水直 接由水泵抽出至辅助交通洞1 790(2)三层排水廊道渗漏水通过排水管引至主厂 第5期 闰黎黎，等：干河泵站供排水系统主要技术特点 第51卷 二层灌浆、排水廊道 图3地下厂区排水廊道横剖 房检修球阀室内下层集水井．水泵统一布置在检修 球阀室内。渗漏水直接由水泵抽出至辅助交通洞 1 790 (3)主厂房渗漏水排至进水侧阀层渗漏集水井， 渗漏水直接由水泵抽出至辅助交通洞1 790 3．4排水设备选择 设计中通过以上3个排水系统水泵参数及台数 根据各排水区域排水量、排水扬程及其重要性进行 计算后水泵配置见表1所列。 表1 厂房渗漏排水系统水泵配置 系统位置水 数 设 程电 量 从表1的水泵配置表可以看出，干河泵站排水 泵容量及台数和一般常规电站相比是有相当规模 的。因此。选择适宜的排水设备对于今后厂房安全 显得尤为重要。 目前国内水电站及泵站厂房渗漏排水泵基本选 用长轴深井泵和潜水深井泵，相对而言选用传统长 轴深井泵的较多。但近几年随着电站规模越大．集水 井深度的增加，长轴深井泵暴露的缺点也越来越多． 如一些大型水电站使用长轴深井泵．运行初期良好， 运行一年后水泵产生震动现象，导致后期维护频繁． 工作量和维护材料消耗很大。 深井潜水泵在中国水电站作为排水泵使用历时 较短，但在欧美发达国家．早已从20世纪50至60 年代就逐渐淘汰长轴深井泵技术．而采用更为先进 的潜水电机深井泵，由于潜水深井泵具有效率高、安 装方便、故障率较低、适应频繁启停或连续运行、运 行可靠、维护简单、寿命长(30至40年)等特点，已 逐步得到国内水电站对其的认识．近几年来国内部 分电站已逐步将长轴深井泵更换为潜水深井泵。许 多新建大型水电站也逐步选用潜水深井泵。 干河泵站主厂房为地下厂房．厂房的渗漏水如 不及时排除将危及厂房及运行人员安全．虽然潜水 深井泵价格较长轴深井泵的高些，但从长期运行来 看，潜水深井泵泵水效率和电机效率都较深井泵高， 节省电费，维护量小，并且为确保泵站的长期安全运 行，经综合比选，最终确定高扬程大容量渗漏排水泵 选用潜水深井泵。 4结语 通过对干河泵站供排水系统主要技术特点的讨 论。提出了虽然潜水深井泵价格较长轴深井泵的高 些，但潜水深井泵泵水效率和电机效率都较深井泵 高，有利于泵站长期安全运行的观点。干河泵站地下厂 房供排水系统的排水泵最终确定选用潜水深井泵。 参考文献： [1]陈俊涛．干河泵站地下厂房洞室群围岩稳定及渗流分析 [D]．武汉：武汉大学，2010． [2]DI／r ，水力发电厂机电设计规范[s]． [3]，泵站设计规范[S]． [4] ，水力发电厂水力机械辅助设备系统设 计技术规定[S]． · 61 ·
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