南水北调泵站机组设计选型研究》论

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1、南水北调工程泵站技术成果交流材料南水北调泵站机组设计选型研究仇宝云冯晓莉扬州大学能源与动力工程学院（2010年5月28日）南水北调东线工程在江苏省扬州境内长江取水，沿京杭大运河及其平行河道送水北上至山东、河北和天津，解决生产和生活用水，促进生态良性发展。工程从长江调水到黄河南岸规划设抽水泵站30处、13个梯级，总扬程65m，设计总抽水能力10200m3/s，总装机容量1017.7MW，沿线经过洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖等调蓄湖泊。我国已开发出系列高性能的轴流泵水力模型及少数混流泵水力模型，其水力性能达到国际先进水平。但许多泵站机组结构形式还不尽合理，影

2、响正常使用；泵机组关键部件可靠性差，故障频繁发生，设备完好率低，维修费用高。南水北调东线工程是国家大型重点工程，应根据工程特点和要求，在正确规划前提下，合理选用水泵装置及配套动力机的结构型式，提高设备供水可靠性，节省运行与管理费用，充分发挥工程效益。一、工程对泵系统的要求本工程水泵系统-17-选用总体原则是，在满足抽水能力和起动、停机断流、工况调节的前提下，应具有较高的安全可靠性和运行效率，不污染水体，不影响环境。工程投资量大，影响面广，供水可靠性直接影响受水区工农业生产和人民生活的用水。根据规划，泵站机组平均年运行时间5000~6000h，维护保养时间短

3、。如果某一级泵站抽水流量不能保证，将影响其他梯级泵站乃至整个调水工程的正常运行。因此，机组结构型式选择应首先考虑可靠性，要求关键易磨易损部件故障少、寿命长。其次，泵机组应具有较好的安装性和维修性。机组结构应便于安装操作和质量控制，有利于延长无故障工作时间和大修周期，便于维护检查和修理。对发生的故障，要求能很快查明原因并予排除，检修拆卸部件少、费用少，方便、简单，能在最短时间内恢复完好状态。根据需要选择泵机组的调节功能。目前我国水泵水力模型效率已经达到或接近发达国家的先进水平，再有明显提高不大可能，实现泵站高效运行的主要措施就是优化调度和变工况经济运行，泵站

4、应根据自身特点选用机组调节功能。水质污染一直是东线工程一大难题，国家采取了先治污后调水的策略。对于工程本身，就是要在输水过程中不污染水质，泵站建设和运行不给周边环境造成不良影响。这就给机组选择提出了环保要求。二、泵站梯级与扬程确定-17-（一）泵站梯级优化设置泵站梯级数影响工程投资。泵站相距远，高差大，扬程高，梯级少，则泵站建设投资少，但泵站出水侧的河道堤岸需要相应加高，河道工程投资增加。相反，泵站距离近，扬程低、梯级多，可以减小河堤高度，但泵站数量增加，泵站建设和管理费用增加。因此，应以工程调水成本（包括泵站运行年动力费用、泵站年管理费用以及泵站、设备、

5、河道工程投资年折旧费用）最低为原则，优化确定泵站梯级设置。（二）结合实际情况确定泵站梯级及地点泵站梯级设置及地点确定还需考虑现有泵站、河道和水文地质、交通等情况。根据规划，南水北调东线工程设置13个梯级泵站，设泵站30处。三、影响泵站机组设备可靠性因素分析我国大型低扬程水泵机组在结构型式上还存在不少问题。有些结构设计对运行受力、安装检修和环境影响考虑较少，可靠性差，故障发生频繁，检修费用高。常见故障如下：（一）水泵导轴承失效巴氏合金油润滑导轴承承载力大，但结构复杂，安装难度大，特别是水密封结构不可靠，大量含泥沙的河水进入导轴承，造成轴承和轴颈严重磨损剥落，

6、间隙增大，叶片碰壳。-17-水泵非金属水润滑导轴承承载能力低，用于卧式和斜式泵时，工作荷载大，易产生偏磨和损坏。立式泵非金属导轴承虽然工作荷载小，但密封结构失效时，河水中的泥沙进入轴承间隙，经轴颈的挤压嵌入非金属轴承材料，磨损轴颈，被磨毛糙的轴颈反过来加速轴承的磨损和轴颈面层剥落，叶片间隙增大，造成叶片碰壳。（二）立式机组电动机推力轴承烧损部分立式机组在高于设计扬程下运行容易发生电动机推力轴承烧瓦事故。安装质量差，推力瓦面高差大，瓦面受力不均是诱发因素，根本原因是轴承选型、结构设计问题。（三）叶片调节机构故障大泵机械式叶片全调节机构设置在电动机顶部，调节小

7、电动机固定安装，这种结构容易发生漏油、滚动轴承损坏等故障，可靠性差。液压式调节机构调节力大、机械磨损件少、可靠性高，但需要复杂的油、汽辅助设备系统，油压装置占地面积大，受油器安装难度大，接力器密封要求高。主要故障形式：操作油管连接部位漏油，配压阀和接力器密封失效，最终使压力无法保持，叶片角度无法调节。（四）设备维修性由于泵机组结构设计考虑不全面，造成安装与检修困难，机组部件不能按正常程序安装，安装质量不能保证。-17-机组结构维修性差，关键易磨易损部件发生故障时，检修往往需要拆卸大部分或几乎所有部件，工作量与机组大修相差无几。通过研究，水润滑导轴承维修性优

8、于油润滑导轴承。对于油润滑导轴承的维修性，立式水泵好于灯泡贯流泵。