談市政給水加壓泵房的設(shè)計(jì)

賈 會(huì) 艷

(太原供水設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

談市政給水加壓泵房的設(shè)計(jì)

賈 會(huì) 艷

(太原供水設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

結(jié)合某水廠加壓泵房的工程實(shí)例，主要對加壓泵房的設(shè)計(jì)思路、計(jì)算方法以及水泵選型、進(jìn)出水管件設(shè)置、起重機(jī)選型、真空設(shè)備等方面進(jìn)行了介紹，同時(shí)結(jié)合運(yùn)行情況，對一些常見的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析，并給出建議，以供參考。

市政給水，加壓泵房，進(jìn)出水管，安裝高度，起重機(jī)

1 概述

該凈水廠水源接自地下水輸水管線，經(jīng)清水池調(diào)蓄并消毒后，進(jìn)入吸水井、泵房，加壓后送入市政供水管網(wǎng)。水廠進(jìn)水壓力為地面以上3 m，設(shè)計(jì)供水規(guī)模8萬 m3/d，時(shí)變化系數(shù)取1.2，水泵揚(yáng)程為44 m。加壓泵房為半地下式，設(shè)單級臥式雙吸離心泵3臺(tái)，兩用一備，水泵機(jī)組直線單排排列，采用半自灌式充水方式，設(shè)水環(huán)式真空泵組，當(dāng)吸水井水位低于水泵外殼頂點(diǎn)時(shí)輔助水泵啟動(dòng)。水泵采用變頻調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。泵房設(shè)電動(dòng)單梁懸掛起重機(jī)及電動(dòng)葫蘆。泵房設(shè)排水溝，將水匯集至集水坑，再由潛污泵提升至廠區(qū)排水管。水廠工藝流程圖如圖1所示。

2 水泵選型

加壓泵房設(shè)計(jì)供水規(guī)模8萬 m3/d，時(shí)變化系數(shù)為1.2，最高日最高時(shí)供水量4 000 m3/h。水泵按最高時(shí)流量、揚(yáng)程選型，同時(shí)滿足平均時(shí)流量時(shí)仍在高效區(qū)運(yùn)行，在最高與最低流量時(shí)，水泵能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。若泵房承擔(dān)消防供水，水泵還需在消防時(shí)平穩(wěn)運(yùn)行，并滿足水量水壓要求，否則，需單獨(dú)設(shè)消防水泵。

本工程泵房設(shè)單級臥式雙吸離心泵，由于受場地限制，水泵采用兩用一備，共3臺(tái)，單泵流量Q=2 000 m3/h，揚(yáng)程H=44 m，單泵功率P=355 kW。水泵轉(zhuǎn)速為1 480 r/min，必需汽蝕余量為6.55 m。水泵采用變頻調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能降耗，自動(dòng)控制等功能。

由于受場地限制，水泵采用兩用一備，但單泵流量較大，吸水管管徑也較大，由于吸水井尺寸需根據(jù)吸水管管徑確定，吸水井跨度較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜。另外，在運(yùn)行過程中振動(dòng)和噪聲較大，對水泵的平穩(wěn)運(yùn)行和人員工作環(huán)境造成影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水泵臺(tái)數(shù)設(shè)置在滿足規(guī)范要求的前提下，單泵流量不宜大于1 500 m3/h，吸水管管徑不宜大于600。

3 泵房平面布置

泵房為半地下式，上層設(shè)通行、吊裝及控制柜平臺(tái)，下層布置水泵機(jī)組。機(jī)組直線單行排列，相鄰機(jī)組間留有一定寬度的通道，以便檢修和通行。每臺(tái)水泵機(jī)組進(jìn)水管設(shè)有檢修閘閥，水泵出水管設(shè)電動(dòng)兼手動(dòng)蝶閥和水泵控制閥，水泵吸、壓水管路設(shè)置真空及壓力指示儀等。管路沿泵房地面敷設(shè)，在跨越管道處設(shè)置跨梯或通行平臺(tái)。

泵房長度根據(jù)機(jī)組臺(tái)數(shù)、布置形式、機(jī)組間距等因素確定，并應(yīng)滿足機(jī)組吊運(yùn)和泵房內(nèi)部通行的要求。泵房寬度應(yīng)根據(jù)機(jī)組尺寸、進(jìn)出水管道和管件的尺寸、工作通道寬度，進(jìn)、出水側(cè)必需的設(shè)備吊運(yùn)要求等因素，結(jié)合起吊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)跨度確定。

本工程泵房平面凈尺寸為23 m×10 m，面積為230 m2。

3.1 機(jī)組布置

根據(jù)所選水泵及電機(jī)、鋼架的尺寸確定水泵的基礎(chǔ)尺寸，方法參見《給水排水設(shè)計(jì)手冊》(第3冊)，本工程水泵基礎(chǔ)尺寸為3.5 m×2 m。各泵組基礎(chǔ)間距應(yīng)滿足檢修和通行要求，根據(jù)GB 50013—2006室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范以及本工程實(shí)際情況，定為1.5 m。機(jī)組直線單行排列。在泵房兩端布置2處樓梯，各0.9 m，基礎(chǔ)與樓梯間距分別為2 m和1.5 m，通行平臺(tái)1.2 m，吊裝平臺(tái)3 m，泵房總長度23 m。

3.2 進(jìn)出水管線及管件設(shè)置

由于本工程采用半自灌引水方式，故每臺(tái)水泵設(shè)置單獨(dú)的吸水管，出水管在泵房外匯合。根據(jù)規(guī)范流速要求，泵組吸水管管徑為700，出水管管徑為600。吸水管自吸水井至水泵應(yīng)有不斷上升的坡度，一般不小于0.005。

泵房管道均采用鋼管。鋼管安裝采用法蘭連接或焊接，坡口形式采用“V”型坡口、單面焊接。出水管一般用焊接接口。為了檢修和安裝方便，適當(dāng)位置可設(shè)置法蘭連接。鋼管內(nèi)防腐采用無毒環(huán)氧涂料防腐，外防腐采用外刷章丹兩道，綠色調(diào)和漆兩道，鋼管及鋼管件防腐前應(yīng)做除銹處理。

水泵吸水管上沿水流方向設(shè)閘閥和偏心異徑管，閘閥與墻體之間間距1.5 m，放置通行鋼梯兼閥門操作平臺(tái)。

水泵出水管上沿水流方向設(shè)鋼制異徑管、雙法蘭傳力接頭、多功能水泵控制閥和雙向金屬密封蝶閥，蝶閥與地上層1.2 m寬,平臺(tái)間距0.3 m，作為安全起吊間距。

根據(jù)以上管件尺寸、水泵機(jī)組尺寸、平臺(tái)及間距，本工程泵房凈寬度為10 m。

設(shè)計(jì)中需要注意幾點(diǎn)：一是由于采用偏心異徑管，水泵吸水管管中標(biāo)高高于出水管管中標(biāo)高；二是吸水管口徑大，閘閥閥體過高，操作困難，可采用電動(dòng)閥門或設(shè)閥門操作平臺(tái)；三是出水蝶閥可采用電動(dòng)手動(dòng)一體的啟動(dòng)方式，以減少閥門臺(tái)數(shù)，同時(shí)保證供水安全性及方便操作；四是水泵控制閥的選型及安裝等應(yīng)遵守CECS 132:2002給水排水多功能水泵控制閥應(yīng)用技術(shù)規(guī)程；五是泵房內(nèi)進(jìn)出水管、三通、彎頭、水泵控制閥、堵板及閥門等應(yīng)根據(jù)情況設(shè)支座、支墩或支架，可由結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)。

4 水泵安裝高度

根據(jù)本水廠的海拔查表得，大氣壓Hg=9.4 m H2O，水溫按15 ℃，飽和氣壓力Hz=0.17 m H2O。水泵進(jìn)口口徑為500，流速為2.73 m/s，水泵樣本查得必需汽蝕余量為6.55 m。

根據(jù)公式:

代入以上參數(shù)可得實(shí)際允許的真空吸上高度Hs=3.06m。

另計(jì)算吸水管沿程損失及吸水喇叭管、彎頭、閘閥及偏心異徑管的水頭損失之和為0.17m。

代入公式：

得水泵安裝高度Zs=2.51 m。

計(jì)算水泵安裝高度需注意以下幾點(diǎn)：1)水泵自罐充水指水泵外殼頂點(diǎn)低于吸水井內(nèi)的最低水位，而水泵的安裝高度指泵軸中心與吸水井最低水位的高差。兩者基準(zhǔn)不同。2)如泵房承擔(dān)消防供水時(shí)，還應(yīng)按消防流量核算安裝高度。3)最終安裝的水泵，其汽蝕余量必須滿足安裝高度的要求。

5 泵房高度及起重機(jī)選擇

5.1 泵房地下層高度

利用離心泵的允許吸上真空高度，采用非自灌充水，可提高泵房的高度，節(jié)約泵房土建造價(jià)。本工程水泵充水方式為半自灌式，泵房設(shè)真空泵充水系統(tǒng)，當(dāng)吸水井水位低于水泵外殼頂點(diǎn)時(shí)輔助水泵啟動(dòng)。

以泵房平臺(tái)為±0.00，由于吸水井與清水池相距較近，故吸水井采用與清水池相同的最高、最低水位，分別為0.2 m,-3.3 m。根據(jù)水泵安裝高度和吸水井最低水位確定本工程泵軸標(biāo)高為-2.16 m。

吸水井水位在泵頂以上時(shí)可自灌啟泵，泵頂至最低水位利用真空泵啟泵，水泵計(jì)算安裝高度為2.51 m，大于實(shí)際的安裝高度1.14 m，滿足吸水要求。

取水泵基礎(chǔ)頂高出泵房底地面0.215 m，水泵泵軸至基礎(chǔ)頂高度為1.025 m，故泵房底標(biāo)高為-3.4 m。泵房地下層高度H2=3.4 m。

需注意，當(dāng)水泵臺(tái)數(shù)較多，且匯總管設(shè)置在泵房內(nèi)時(shí)，由于匯總管口徑較大，注意核算基礎(chǔ)高度，保證匯總管底與地面約200 mm～250 mm間距。

5.2 起重機(jī)選擇

1)總起升高度。根據(jù)泵及電動(dòng)機(jī)尺寸，計(jì)算起重繩的垂直長度d，對于水泵為0.85xm，對于電動(dòng)機(jī)為1.2xm，x為起重部件的寬度。

起重部件起升后由小車運(yùn)出泵房，起重部件底部與小車的距離一般不小于0.3 m～0.5 m，小車一般高1.0 m～1.5 m，故吊起物底部與泵房進(jìn)口平臺(tái)的距離h=1.5 m。

總起升高度為:

max(d+e+h)+H2=7.8 m。

其中，e為水泵或電動(dòng)機(jī)高度。

2)電動(dòng)葫蘆選型。電動(dòng)葫蘆按最重一臺(tái)設(shè)備(水泵、電動(dòng)機(jī)或閥門等)的重量考慮。

單臺(tái)泵重2.8 t，電機(jī)重2.1 t，底座重1.2 t，按起升高度9 m，起重量5 t選擇電動(dòng)葫蘆。電動(dòng)葫蘆運(yùn)行功率0.8 kW，起升功率7.5 kW，自重597 kg。

3)跨度Lk。本工程選用電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)，起重機(jī)的跨度Lk≤L-2l，其中，L為泵房凈寬度(若柱子凸出墻面應(yīng)為柱間凈距)，本泵房為10 m；l為起重機(jī)與墻(或柱子)之間的凈距，一般取0.3 m。本工程Lk取7.5 m。

選取的Lk應(yīng)保證能起吊所有需要起吊的部件。

4)起重機(jī)選型。按起重量5 t，起升高度9 m，跨度7.5 m選電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)，其特性為：行車軌道(工字鋼)底至起重鉤中心的距離為2.2 m，自重2.02 t，運(yùn)行功率0.4×2 kW。

5.3 泵房工字鋼底高度

泵房工字鋼底高度為計(jì)算總起升高度加起重機(jī)特性高度，本工程為10 m，泵房地下層高度H2=3.4 m，故工字鋼底高6.6 m。

6 真空設(shè)備

水泵采用半自灌式充水方式，設(shè)水環(huán)式真空泵組，當(dāng)吸水井水位低于水泵外殼頂點(diǎn)時(shí)輔助水泵啟動(dòng)。

根據(jù)GB 50265—2010泵站設(shè)計(jì)規(guī)范，離心泵單泵抽氣充水時(shí)間不宜超過5 min。

按照《給水排水設(shè)計(jì)手冊》(第3冊)，真空泵的抽氣量為:

計(jì)算得抽氣量為1.32m3/min。

最大真空值HVmax=Zs×9.81kPa，計(jì)算得33.01kPa。

據(jù)此在《給水排水設(shè)計(jì)手冊》(第11冊)選水環(huán)式真空泵SZ-2J。

7 結(jié)語

市政給水加壓泵房關(guān)系到千家萬戶的用水問題，必須給予重視，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮供水的安全性以及使用的安全性，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)合理技術(shù)可行，不斷的在理論結(jié)合實(shí)際，實(shí)際檢驗(yàn)理論中將給水泵房做到更完善更安全更經(jīng)濟(jì)更合理。本文按照設(shè)計(jì)時(shí)的順序進(jìn)行論述，并總結(jié)了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以供參考。

[1]GB50013—2006，室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(第3冊)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[3] 姜乃富.水泵及水泵站.[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[4]CECS132:2002,給水排水多功能水泵控制閥應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[5]GB50265—2010，泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Discussion on the design of the municipal water supply pressurizing pump room

Jia Huiyan

(TaiyuanWaterSupplyDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Taiyuan030009,China)

Combined with the project of a water pressureing pump room, main introduced in several respects of design, calculation method, water pump selection, in and out water pipe setting, crane type selection, vacuum equipment, etc.. Meanwhile, some common design problems are analyzed and some suggestions are given for reference.

municipal water supply, pressurizing pump room, in and out water pipe, mounting height, crane

1009-6825(2017)21-0110-02

2017-05-16

賈會(huì)艷(1981- )，女，工程師

TU991.35

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