水泵选择与给水排水工程的关系

一、选泵的主要依据

选泵的主要依据是所需的流量、扬程以及其变化规律。

（一）一级泵站的设计流量、设计扬程

确定一级泵站的设计流量，有以下两种可能的基本情况：

1.泵站将水输送到净水构筑物

为了减小取水构筑物、输水管道和净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下通常要求一级泵站中的水泵昼夜均匀工作，因此，泵站的设计流量应为

式中：Qr为一级泵站中水泵所供给的流量，m3/h；Qd为供水对象最高日用水量，m3/d；α为计及输水管漏损和净水构筑物自身用水而加的系数，一般取α=1.05～1.1；T为一级泵站在一昼夜内工作小时数。

2.泵站将水直接供给用户或送到地下集水池

当采用地下水作为生活饮用水水源，而水质又符合卫生标准时，就可将水直接供给用户。在这种情况下，泵站实际上是起二级泵站的作用。

如送水到集水池，再从那里用二级泵站将水供给用户，则由于给水系统中没有净水构筑物，此时泵站的流量为

式中：Qr为泵站的流量，m3/h；β为给水系统中自身用水系数，一般取β=1.01～1.02。

对于供应工厂生产用水的一级泵站，其中水泵的流量应视工厂生产给水系统的性能而定。如为直流给水系统，则泵站的流量变化时，可采取开动不同台数的泵的方法予以调节。对于循环给水系统，泵站的设计流量（即补充新鲜水量）可按平均日用水量计算。

一级泵站中水泵的扬程是根据所采用的给水系统的工作条件来决定的。

当泵站送水至净化构筑物如图8-8所示，或往循环生产给水系统补充新鲜水时，泵站所需的扬程按下式计算：

式中：H为泵站的扬程，m；HST为静扬程，即从吸水井的最低枯水位（或最低动水位）到净化构筑物或集水池进口水面的标高差，m；Σhs为吸水管路的水头损失，m；Σhd为输水管路的水头损失，m。

图8-8　一级泵站供水到净水构筑物的流程

1-吸水井；2-泵站；3-净化构筑物；4-吸水管路；5-压水管路；6-水泵

此外，计算时还应考虑增加一定的安全水头，一般为1～2m。

当直接向用户供水时，例如用深井泵抽取深层地下水供城市居民或工厂生活饮用水或生产冷却用水时，则水泵扬程为

H=H′ST+Σh+Hsev(8-4)

式中：H′ST为水源井中枯水位（或最低动水位）与给水管网中控制点的地面标高差，mH2O；Σh为管路中的总水头损失，mH2O；Hsev为给水管网中控制点所要求的最小服务水头。

（二）二级泵站的选泵依据

二级泵站一般按最大日逐时用水变化曲线来确定各时段中水泵的分级供水线。分级供水的优点在于管网中水塔的调节容积远比均匀供水时小，但是分级不宜太多，因为分级供水需设置较多的水泵，将增大泵站面积，清水池的调节容积也要加大；此外，二级泵站的输水管直径也要相应加大，因为必须按最大一级供水流量来设计输水管道的直径。

通常对于小城市的给水系统，由于用水量不大，大多数采用泵站均匀供水方式，即泵站的设计流量按最高日平均时用水量计算。这样，虽然水塔的调节容积占全日用水量的百分数较大，但其绝对值不大，在经济上还是合理的。大城市的给水系统，有的采取无水塔、多水源、分散供水系统，通常泵站的设计流量按最高日最高时用水量计算，而运用多台同型号或不同型号的水泵的组合来适应用水量的变化。对于中等城市的给水系统，应视给水管网中有无水塔以及水塔在管网中的位置而定，可分多种情况通过管网平差后确定。

二、选泵要点

选泵就是要确定水泵的型号和台数。对于各种不同功能的泵站，选泵时考虑问题的侧重点也有所不同，一般可归纳如下。

1.大小兼顾、调配灵活、型号整齐、便于管理

众所周知，给水系统中的用水量通常是逐年、逐日、逐时地变化的，给水管道中水头损失又与用水量大小有关，因而所需的水压也是相应地变化的（对于取水泵站来说，水泵所需的扬程还将随着水源水位的涨落而变化）。选泵时不能只满足最大流量和最高水压时的要求，还必须全面顾及用水量的变化。

【例】某泵站通过一条3000m长、0.5m直径的钢管向某用水区供水，吸水井最低水位与用水区地面高差为1m，供水最不利点所需的服务水头为6m，泵站至最不利点的水头损失9.3m。用水区的用水量从最大为795m3/h到最小为396m3/h，逐时变化。

解：按最大工况时的要求选泵，则水泵的流量为795m3/h，由式（8-4）可得扬程为（站内管道水头损失估计为2m，安全水头为1.5m）：

（1）选用一台12Sh-19型水泵，流量为795m3/h，扬程为20m，虽然能满足要求，但就全年供水来说，最大用水量出现的几率并不很大，往往只有百分之几，绝大部分时间，用水量和所需扬程均小于最大工况时。因此，按上述方法选泵，将使泵站在长期运行中造成很大的能量浪费。

图8-9　12Sh-19型水泵的特性曲线

在图8-9上作出12Sh-19水泵的Q-H曲线和管路特性曲线。在最大用水量时，水泵效率较高为，η=82%，流量满足要求，扬程也没有浪费。但是在最少用水量（396m3/h）时，管路中所需水压从20m减小到12m，而这时水泵的扬程却从20m增加至26m，水泵效率也下降到η=63%，即水泵实际消耗的能量大大超过管网所需的能量，造成很大的浪费。

设用水量的变化是均匀的，则图8-9中斜线部分的面积可以表示浪费的能量。实际上由于最大用水量在整个设计期限内出现的几率极低，因此，浪费的能量远比图中斜线部分面积大。

（2）本例中，如果选用几台不同大小或型号的水泵来供水，如图8-10所示。图中曲线1、2、3、4分别代表4台性能不同的水泵的Q-H曲线。用水量396m3/h～504m3/h时，用水泵1工作；用水量504m3/h～612m3/h时，用水泵2工作；用水量612m3/h～720m3/h时，用水泵3工作；用水量720m3/h～795m3/h时，用水泵4工作。图中的斜线部分面积表示用水量为均匀变化时的能量浪费。显然，比只用一台水泵工作时浪费的能量少得多。

（3）由此可见，在用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的水泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。例如管网中无调节水量构筑物、扬程中水头损失占相当大比重的二级泵站，其供水量随用水量的变化而明显地变化。为了节省动力费用，就应根据管网用水量与相应的水压变化情况，合理地选择不同性能的水泵，做到大小泵兼顾，在运行中可以灵活调度，以求得最经济的效果。这类泵站的工作泵台数往往较多，一般为3～6台，甚至更多。采用3台工作泵时，各泵间的设计流量比可采用1∶2∶2。这样配置的3台工作泵可应付5种不同的流量变化。当采用6台工作泵时，各泵间的设计流量比可采用1∶1∶2.5∶2.5∶2.5∶2.5。这样配置的6台工作泵可应付14种不同的流量变化。

图8-10　4台不同型号水泵Q-H曲线

（4）从泵站运行管理与维护检修的角度来看，如果水泵的型号太多则不便于管理。一般希望能选择同型号的水泵并联工作，这样无论是电机、电器设备的配套与贮备，管道配件的安装与制作均会带来很大的方便。对于水源水位变化不大的取水泵站，管网中设有足够调节容量的网前水塔（或高地水池）的送水泵站以及流量与扬程比较稳定的循环水泵站，均可在选泵中对本要点给予侧重考虑。当全日均匀供水时，泵站可以选2～3台同型号的水泵并联运行。

本例中如选用4台泵的泵站，其流量比一般不会采用1∶2∶3∶4，这样配置的水泵，虽然可应付10种工况变化，但是泵站内各泵大小各异，运行管理必然是复杂而不受人欢迎的。如果我们采用1∶2∶3∶3，这样配置的水泵可应付9种工况变化，将同时满足调配灵活和便于管理等要求。

2.合理地用尽各水泵的高效段(www.xing528.com)

单级双吸式离心泵是给水工程中常用的一种离心泵（如Sh型、SA型）。它们的经济工作范围（即高效段），一般在0.85Qp～1.15Qp之间（Qp为水泵铭牌上的额定流量值）。选泵时应充分利用各水泵的高效段。

例如：某市已获得的最大日用水量逐时变化曲线如图8-11所示。该市管网中无水量调节构筑物，送水泵站向无水塔管网供水。可按下述方式选泵：

图8-11　最大日用水量变化曲线

（1）按最大日平均小时流量的70%（即0.7Q日·平均时）选泵。该选出泵的经济工作范围为

近远期相结合的原则在选泵过程中应给予相当的重视。特别是在经济发展活跃的地区和年代，以及扩建比较困难的取水泵站中，可考虑近期用小泵大基础的办法，近期发展采用换大泵轮以增大水量，远期采用换大泵的措施。

4.大中型泵站需做选泵方案比较

【例】根据给水管网设计资料，已知最高日最高时用水量为920L/s，时变化系数Kh为1.7，日变化系数Kd为1.3，管网最大用水时水头损失为11.5m，输水管水头损失为1.5m，泵站吸水井最低水位到管网中最不利点地形高差为2m，用水区建筑物层数为3层。试进行送水泵站水泵的选型设计。

解：已知管网要求的服务水头为16m，假设用水量最大时泵站内水头损失为2m，则由式（8-4），可求得泵站的最大扬程为：

H=2+1.5+11.5+2+16+2=35m

根据Q=920L/s和H=35m，在选泵参考特性曲线图8-12上作出a点。当Q=30L/s时（即该水泵综合性能图上的坐标原点），泵站内水头损失甚小，此时输水管和配水管网中水头损失也较小，今假定三者之和为2m，则所需水泵的扬程应为：

在图上作出b点，如图8-12所示。因为该用水区的时变化系数为1.7，日变化系数为1.3，所以平均日的平均时用水量应为416L/s。从图上可以看出当Q=416L/s时，在ab线上所需扬程为31m左右。显然在用水较少的季节，所需扬程将沿ab线下降。因此选泵时必须注意节约能量。

图8-12　选泵参考特性曲线

从图8-12找到用1台20Sh-13型泵及两台12Sh-13型泵并联时，可以满足a点用水要求，而且20Sh-13及12Sh-13单泵运行时的高效段均与ab相交，并且分别在600L/s及240L/s的流量下运行。当20Sh-13和1台12Sh-13并联运行时，可在750L/s流量下与ab线相交。因此选用1台20Sh-13及2台12Sh-13，作为第一方案。从图8-12还可以找到用1台14Sh-13、1台14Sh-13A及1台12Sh-13并联运行，亦可满足a点用水要求。并可看出14Sh-13A与12Sh-13并联及单独运行时与ab线交于流量为570、370及240L/s，以及1台14Sh-13与1台14Sh-13A并联运行时与ab线交于760L/s。列出分级供水水泵运行表见表8-1。

表8-1　选泵方案比较

从表8-1可以看出，第一方案能量利用略好于第二方案，特别在出现几率较大时，如370～750L/s范围内（这一范围用水量接近于平均用水量），能量浪费较少，而且两个方案的水泵台数相等。因此可采用第一方案。

三、选泵时尚需考虑的其他因素

选泵时尚需考虑的其他因素有下列几点：

（1）水泵的构造形式对泵房的大小、结构形式和泵房内部布置等均有影响，因而与泵站造价很有关系。例如水源水位很低，必须建造很深的泵站时，选用立式泵可使泵房面积减小，降低造价。又如单吸式垂直接缝的水泵和双吸式水平接缝的水泵在泵站内吸、压水管的布置上就有很大不同。

（2）应保证水泵的正常吸水条件。在保证不发生气蚀的前提下，充分利用水泵的允许吸上真空高度，以减少泵站的埋深，降低工程造价。同时应避免泵站内各泵安装高度相差太大，致使各泵的基础埋深参差不齐或整个泵站埋深增加。

（3）应选用效率较高的水泵，如尽量选用大泵，因为一般大泵比小泵的效率高。

（4）根据供水对象对供水可靠性的不同要求，选用一定数量的备用泵，以满足在事故情况下的用水要求：在不允许减少供水量的情况下（如冶金工厂的高炉与平炉车间的供水），应有两套备用机组；在允许短时间内减少供水量的情况下，备用泵只保证供应事故用水量；允许短时间内中断供水时，可只设一台备用泵。城市给水系统中的泵站，一般也只设一台备用泵。通常备用泵的型号可以和泵站中最大的工作泵相同。当管网中无水塔且泵站内机组较多时，也可考虑增设一台备用泵，它的型号和最常运行的工作泵相同；如果给水系统中具有足够大容积的高地水池或水塔，可以部分或全部代替泵站进行短时间供水时，泵站中可不设备用泵，仅在仓库中贮存一套备用机组即可。

备用泵和其他工作泵一样，应处于随时可以启动的状态。

（5）选泵时应尽量结合地区条件，优先选择当地制造的、成系列生产的、性能良好的产品。

四、选泵后的校核

在泵站水泵选好之后，还必须按照发生火灾时的供水情况，校核泵站的流量和扬程是否满足消防时的要求。

就消防用水来说，一级泵站的任务只是在规定的时间内向清水池中补充必要的消防贮备用水。由于供水强度小，一般可以不另设专用的消防水泵，而是在补充消防贮备用水时间内，开动备用水泵以加强泵站的工作。因此，备用泵的流量可用下式进行校核：

式中：Qf为设计的消防用水量，m3/h；Q′为最高用水日连续最大2h平均用水量，m3/h；Qr为一级泵站正常运行时的流量，m3/h；tf为补充消防用水的时间，范围是24～48h，由用户的性质和消防用水量的大小决定，见建筑设计防火规范；α为计及净水构筑物本身用水的系数。

就二级泵站来说，消防属于紧急情况。消防用水总量占整个城市或工厂的供水量的比例一般虽然不大，但因消防期间供水强度大，使整个给水系统负担突然加重，因此，应作为一种特殊情况在泵站中加以考虑。

例如，一个10万人口的城镇，采用一二层混合建筑，其生活用水按100L/（cap·d）计，平均秒流量Q=116L/s，设工业生产用水按生活用水量的30%计算，为Q′=0.3×116=35L/s，合计ΣQ=151L/s。消防时，按两处同时着火计，qf=60L/s。可见，几乎使泵站负荷增加40%。

因此，虽然城市给水系统常采用低压消防制，消防给水扬程要求不高，但由于消防用水的供水强度大，有时即使开动备用泵也满足不了消防时所需的流量。在这种情况下，可增加一台水泵。如果因为扬程不足，泵站中正常运行的水泵在消防时不能使用，另选适合消防时扬程的水泵，而流量将为消防流量与最高时用水量之和，这样势必使泵站容量大大增加。在低压制条件下，这是不合理的。对于这种情况，最好适当调整管网中个别管段的直径，而不使消防扬程过高。

归纳起来，选泵时应注意以下几点：

（1）在满足最大工况要求的条件下，应尽量减少能量的浪费。

（2）合理地利用各水泵的高效率段。

（3）尽可能选用同型号泵，使型号整齐，互为备用。

（4）尽量选用大泵，但也应按实际情况考虑大小兼顾，灵活调配。

（5）Σh值变化大，则可选不同型号泵搭配运行。

（6）保证吸水条件，照顾基础平齐，减少泵站埋深。

（7）考虑必要的备用机组。

（8）进行消防用水时的校核。

（9）考虑泵站的发展，实行近远期相结合。

（10）尽量选用当地成批生产的水泵型号。