2 水泵型式初步选择及国内类似扬程、流量水泵应用情况调查
2.1 水泵型式初步选择
水泵型式选择涉及：长期运行的可靠性及安装、检修、维护费用，目前国内外水泵设计加工制造能力，水泵关键技术参数和能量指标的影响等[2]。对于该站而言泵型选择的焦点主要集中在立式离心泵、卧式单级双吸离心泵、卧式双级双吸离心泵3种型式[3]。
根据资料，立式离心泵必需汽蚀余量较大，厂房开挖较大，厂房需分多层布置，给设备维护检修带来诸多不便，方案总体投资较大。另外，该机型在国内泵站应用较少，设计和制造难度相对较大[2]。卧式单级双吸泵方案，若选择合理的比转速，水泵转速较高，过高的转速带来水泵抗泥沙磨损能力下降，但设备一次性投入较低、外形尺寸相对较小，布置方便。卧式双级双吸泵方案，在理想的比转速范围内，水泵效率较卧式单级双吸泵高，而且双级泵能够降低流道流速，减轻泵轮的泥沙磨损，但转速的降低带来设备重量和投资的增加。对于卧式单级双吸泵和卧式双级双吸泵，采用水平中开结构使得检修与维护非常方便，且维修水泵时不需要拆卸电机。
2.2 国内类似扬程、流量水泵应用情况调查
在该站招标前期，项目组成立调研小组，对国内类似泵站和设备制造厂家进行实地考察。根据目前笔者掌握的资料，国内类似扬程、流量水泵应用情况见表1。
表1 国内类似扬程、流量水泵应用情况
续表
考察运城北赵引黄工程时了解到，水泵采用国产卧式双级双吸离心泵，泵站输送介质含泥量相当大，为30～40kg/m3，从2010年6月试运行到现在，最长运行时间庙前泵站达35879.5h、谢村泵站达30736h，6年时间内两级泵站均未进行大修，且未更换过任何易损件。国内个别项目也有采用卧式单级双吸离心泵，在走访的云南普洱市大中河水库思茅坝区引水工程泵站，水泵采用进口卧式单级双吸离心泵，泵房进水池为大中河水库，水库正常蓄水位为1075.53m，死水位为1039.00m，水库总库容为5600万m3，水泵安装高程为1020.45m，水库正常蓄水位距水泵安装高程55.05m，死水位距水泵安装高程18.55m，表明水泵正常运行过程在水面以下50m左右位置处，且水流泥沙含量很少，理论上抗气蚀性能非常良好。由于扬水管道仍在施工过程中，水泵没有正式运行，具体运行效果未知。
在统计国内类似泵站的过程中发现，国内有少量泵站基于工程自身特点，采用单级双吸离心泵，由于各种原因，未搜集到实际运行情况的说明；而北方的更多用户选择采用双级双吸离心泵，以适应水流多泥沙等工况，实践表明，水泵能够稳定、高效运行。黄河流域扬水泵站生产实践证明，双进口多级中开离心泵较适合于多泥沙、高扬程、大流量泵站使用[4]，此种水泵建议转速一般不超过750r/min，圆周速度在40m/s左右[5]。
2.3 单级双吸离心泵与双级双吸离心泵方案综合比较
2.3.1 单级双吸离心泵方案与双级双吸离心泵方案对比
单级双吸离心泵方案与双级双吸离心泵方案对比见表2。
表2 单级双吸离心泵方案与双级双吸离心泵方案对比表
续表
对比表2数据，双级双吸离心泵转速低，运行更稳定，可靠性高，效率较单级双吸泵高出1.5个百分点。在结构上双级双吸离心泵方案叶轮数量为3个，两个单级叶轮，一个双吸叶轮，对称布置，单级泵为达到该扬程，离心速度过高，叶轮磨损大，而双级泵多叶轮，离心速度较低，使用寿命长[6]。双级双吸离心泵方案相应的密封环、轴套等配件数量增加，配件维护繁琐。双级泵方案质量是单级泵方案的2～3倍，双级泵价格是单级泵的2～3倍。相同条件下，单级泵必需汽蚀余量较双级泵大2.2m，对应单级泵安装高程更低，厂房土建投资增加。
2.3.2 各水泵型式不同转速对应参数对比分析
为方便对比各水泵型式不同转速下的性能优劣，将立式两级泵一起列入表3中，表中数字越小表示性能越优。
表3 各水泵型式不同转速对应参数对比分析表
注 1.转速、比转速、效率、叶轮直径、圆周速度、泵运行稳定性比较，按照①～⑥优先级别排序。
2.效率和汽蚀余量兼并考虑。
综合转速、比转速、效率、叶轮直径、圆周速度、泵运行稳定性分析比较，双级双吸离心泵理论分析数据最为理想。
2.4 对比分析结果
（1）技术可行性。从技术角度分析，理论上单级双吸离心泵和双级双吸离心泵均能够满足该站设计要求。
（2）运行稳定性。单级双吸离心泵和双级双吸离心泵对应转速及比转速分别为1480r/min、72.3，990r/min、81.1，双级泵转速较低，比转速高于单级泵，理论上双级泵机组的振动、磨损、噪声等优于单级泵，运行更稳定，效率更高[7]。
（3）经济投入。从表2可以易知，水泵组的一次性投入与重量几乎成正比，重量越重的水泵投资越大，即双级泵一次性投资大于单级泵。单级泵在结构上相比双级泵较为简单，从以后检修维护成本角度考虑，单级泵优于双级泵。但单级泵汽蚀余量对厂房挖深带来的土建投资，一定程度上缩小了总投资的差距。
（4）结论与建议。单级双吸泵虽然从技术方面是可行的，但国内同类泵站采用较少，由于较高的转速带来的振动、汽蚀、磨损等，进一步加剧了设备的折减周期。
根据国内类似泵站的投入使用情况，双级双吸泵具有良好的水力性能和较高的效率，从运行可靠性和稳定性考虑，最终选择卧式双级双吸水平中开离心泵。
目前项目已进入招标实施阶段，该项目采用PPP融资模式进行投资建设，由社会资本方运营维护20年，然后资产移交政府。考虑水泵设备的正常使用寿命约30年，建议设备选型优先考虑运行可靠稳定、质量有保障、技术服务全面的设备厂商。