大流量高揚(yáng)程雨水泵站設(shè)計(jì)

白 生 云

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

市政工程建設(shè)中泵站作為系統(tǒng)的樞紐，排水工程中的重要組成部分，應(yīng)保證安全、可靠、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，充分發(fā)揮工程效益。大流量泵站匯水范圍大，泵站正常運(yùn)行與否影響范圍比較大，因此選擇合適泵型，設(shè)計(jì)合理的進(jìn)水流道顯得尤為重要。

1 泵站設(shè)計(jì)規(guī)模確定

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期：P=1年，徑流系數(shù)：ψ綜合=0.60。

暴雨強(qiáng)度公式：

1.2 泵站流量確定

該泵站匯水范圍，匯水面積約650 hm2，匯水范圍內(nèi)有兩座雨水泵站，流量均為1 m3/s，按設(shè)計(jì)重現(xiàn)期1年，綜合徑流系數(shù)0.60進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)流量為18.0 m3/s。

除此上游系統(tǒng)經(jīng)過緩洪池削峰后脫過流量為6 m3/s，由于上游系統(tǒng)匯水面積大，按集中固定流量匯入該泵站，不考慮錯峰，累計(jì)得最終規(guī)模為24 m3/s。

1.3 泵站揚(yáng)程確定

泵站集水池最高設(shè)計(jì)水位769.40，最低設(shè)計(jì)水位767.10，河道最高百年洪水位778.00，水泵靜揚(yáng)程8.6 m～10.9 m，水泵總揚(yáng)程13 m。

2 泵站工藝流程

雨水經(jīng)泵站進(jìn)水方涵進(jìn)入閘門井，進(jìn)行流量分配后，進(jìn)入格柵間，通過安裝在格柵井中的格柵除污機(jī)攔截雜物后，進(jìn)入泵房集水池，經(jīng)泵抽升后，出水排入河道。水泵出水管上設(shè)有旁通管與格柵井相連，供試車循環(huán)用水使用。

泵站工藝流程圖如圖1所示。

3 工藝設(shè)備選型

3.1 水泵選型

水泵臺數(shù)確定，為應(yīng)對小雨，選擇水泵臺數(shù)較多為宜，水泵臺數(shù)太多進(jìn)水條件可能不良，影響運(yùn)行管理。水泵宜選用同一型號，臺數(shù)不應(yīng)少于2臺，不宜大于8臺[1]。因此確定水泵為8臺，考慮到距抽排收納水體較遠(yuǎn)，采用兩兩并聯(lián)出水，折減系數(shù)為0.9，則單臺水泵流量12 000 m3/s，揚(yáng)程13 m。

用于抽排雨水的水泵具備流量大，常用干式水泵有混流泵、污水立式泵等，潛水泵有潛水離心泵、軸流泵、混流泵及貫流泵等。由于雨水泵站一般建設(shè)于地勢較低處，受淹風(fēng)險(xiǎn)比較大，且位于城市道路旁防護(hù)帶有限，因此常常選擇景觀性較好的潛水泵。

根據(jù)泵站規(guī)模、揚(yáng)程、排水特點(diǎn)、工程場地情況等，同時(shí)考慮維護(hù)管理的方便，水泵型式選用潛水混流泵，該泵工作可靠性高、效率較高、不易堵塞、管理維護(hù)方便。

3.2 其他主要設(shè)備選型

閘門選用球墨鑄鐵鑲銅方閘門，并配有手電兩用啟閉機(jī)；格柵選用反撈式格柵除污機(jī);皮帶輸送機(jī)選用帶式輸送機(jī)；止回閥選用蝶式微阻緩閉止回閥，起到消除水錘，保護(hù)泵組及管線安全的作用；閥門選用雙向伸縮型密封蝶閥，既起到截?cái)嗷蛘{(diào)節(jié)水流作用，又能消除管道安裝應(yīng)力，便于安裝和拆卸。

4 工藝構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4.1 閘門井

進(jìn)水閘門井的主要功能是進(jìn)行流量分配以及運(yùn)行檢修時(shí)進(jìn)行切換。進(jìn)水孔的斷面為2×B×H=2×3 400 mm×2 000 mm；閘門井有4個出水孔，每個出水孔的斷面為B×H=3 000 mm×2 000 mm。每個出水孔上安裝附壁式球墨鑄鐵鑲銅閘門，并配手電兩用啟閉機(jī)(雙吊點(diǎn))。

進(jìn)水首先進(jìn)入閘門井，閘門可截?cái)噙M(jìn)水，為后續(xù)格柵及水泵機(jī)組的安裝檢修、集水池的清空、挖泥等提供方便。閘門井地面上設(shè)有設(shè)備吊裝孔，上設(shè)鋼格柵。閘門安裝方式為附壁式安裝。

閘門井工藝尺寸：L×B×H=17 m×3.0 m×8.2 m。

4.2 格柵井

格柵井主要功能是通過斜置于其內(nèi)的格柵除污機(jī)攔截進(jìn)水中較大的漂浮物及進(jìn)水中大于格柵間隙的雜物，以保證后續(xù)水泵的正常工作。格柵井包括進(jìn)水?dāng)U散渠與格柵安裝井，通過柵前渠道及柵后渠道與閘門井及泵房進(jìn)水前池相連接。格柵井內(nèi)裝設(shè)反撈式格柵除污機(jī)，格柵井上部周圍加設(shè)不銹鋼欄桿。

格柵除污機(jī)采用預(yù)埋鋼板式安裝，皮帶輸送機(jī)采用現(xiàn)場膨脹螺栓固定安裝。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)流量:Q=24 m3/s,柵槽數(shù)量4格。

柵前水深:h=2.0 m,過柵流速:V=0.75 m/s。

格柵間隙：b=50 mm,安裝傾角:α=75°。

格柵井工藝尺寸：

格柵擴(kuò)散渠：L×B×H=12.7 m×(17.0～23.6)m×3.8 m。

格柵安裝井：L×B×H=4.3 m×23.6 m×8.0 m。

4.3 前池

前池、進(jìn)水池是泵站的重要組成部分。池內(nèi)水流狀態(tài)對泵站裝置性能，特別是對水泵吸水性能影響很大。如流速分布不均勻，可能出現(xiàn)死水區(qū)、回流區(qū)及各種漩渦，發(fā)生池中淤積，造成部分機(jī)組進(jìn)水量不足，嚴(yán)重時(shí)漩渦將空氣帶入進(jìn)水流道，使水泵效率大為降低，并導(dǎo)致水泵汽蝕和機(jī)組振動等[2]。因此應(yīng)重視前池的設(shè)計(jì)。進(jìn)水經(jīng)格柵除污機(jī)后進(jìn)入前池，前池使水流均勻地流入泵房進(jìn)水池，為水泵提供良好的吸水條件。擴(kuò)散角20°，底坡1∶4。

前池工藝尺寸：L×B×H=17.3 m×(23.6～32.9)m×(4.0～6.9)m。

4.4 泵房

選用混流泵除滿足水泵要求的導(dǎo)流墻,水泵間距,流道的選擇也非常重要。簸箕型進(jìn)水流道高度小而寬度較大,與鐘型進(jìn)水流道比較接近,但簸箕型進(jìn)水流道對寬度的要求沒有鐘型進(jìn)水流道那樣嚴(yán)格,它不易產(chǎn)生渦帶,且流道型線簡單,施工方便,是一種較好的進(jìn)水流道型式[3]。

進(jìn)水通過前池后進(jìn)入進(jìn)水池，進(jìn)水池內(nèi)設(shè)導(dǎo)流墻與簸箕型進(jìn)水流道，潛水混流泵設(shè)于進(jìn)水流道之上，八臺水泵一字排列，出水至壓力出水井。在水泵兩側(cè)分別設(shè)置一臺潛污泵，主要用于集水池放空、排除旱流污水。泵房為全地下，水泵采用混凝土井筒安裝，在混凝土井筒上設(shè)有全地下水泵吊裝間，吊裝間上設(shè)有活動采光雨篷，吊裝時(shí)從采光雨篷向下至吊裝間，再到混凝土套筒，水泵就位后，在吊裝間內(nèi)安裝壓力井蓋，水泵自帶電纜由吊裝間接入到控制間，水泵控制間設(shè)于進(jìn)水池上。為方便運(yùn)行及設(shè)備檢修等，水泵分兩組，中間設(shè)隔墻完全隔離。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

設(shè)計(jì)流量：Q=24 m3/s。

集水池最低水位：767.10。

集水池最高水位：769.30。

水泵壓力出水涵底標(biāo)高：769.80。

進(jìn)水池工藝尺寸：L×B×H=7.4 m×32.7 m×6.9 m。

混凝土井筒工藝尺寸：D×H=φ1 800×5.68 m。

水泵壓力出水渠工藝尺寸：L×B×H=9.9 m×1.8 m×1.4 m。

潛污泵安裝井工藝尺寸：L×B×H=3.0 m×2.6 m×13.2 m。

4.5 壓力出水井

水泵壓力出水涵，接入壓力出水井，壓力出水井將水泵兩兩并聯(lián)，在接入壓力出水井的進(jìn)水涵上設(shè)置拍門，壓力出水井出水管φ1 800閥室緊鄰泵房集水池設(shè)置。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：

壓力出水井?dāng)?shù)量:4座。

水泵壓力出水井(單座)工藝尺寸：L×B×H=7.75 m×4.0 m×5.6 m。

4.6 閥室

壓力出水井出水管及試車管通過閥室內(nèi)閥門的切換，可以實(shí)現(xiàn)水泵試車、壓力管路放空及潛污泵運(yùn)行等。為了方便閥門的檢修和更換，閥門井底板和側(cè)墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，頂部和梁均采用預(yù)制，可以起吊。閥門井頂部設(shè)6個(包括潛污泵閥門井)φ700的人孔，底部設(shè)有D=500 mm混凝土管直接座入混凝土封底中，用于檢修時(shí)集水池的排空，閥門安裝采用地腳螺栓二次澆筑方式固定，在管道三通位置設(shè)置支墩。在潛污泵出水管接入試車管處設(shè)有閥門井。

閥門井工藝尺寸：L×B×H=28.2 m×6.4 m×5.2 m。

潛污泵出水閥門井工藝尺寸：L×B×H=5.0 m×6.0 m×5.2 m。

5 工藝管線設(shè)計(jì)

5.1 進(jìn)水涵

為了改善前池的水流流態(tài)，彎道終點(diǎn)與前池進(jìn)口之間宜有直線段，其長度不宜小于渠道水面寬度的8倍[2]。泵站設(shè)計(jì)起點(diǎn)與泵站進(jìn)水方涵終點(diǎn)相接，設(shè)計(jì)終點(diǎn)為泵站進(jìn)水閘門井，方涵斷面B×H=(2×3.4)m×2.0 m。

5.2 水泵壓力出水管

壓力出水管的主要功能是將經(jīng)泵提升后的輸送介質(zhì)排入河道。壓力出水管共設(shè)4條，管徑為DN1 800，起點(diǎn)與閥門井出水管相接，由東向西，終點(diǎn)接入河道。壓力出水管橫穿現(xiàn)狀路，采用頂管施工，管材采用頂管專用PCCP管，該管材的選用可以避免因選用鋼管焊接接口時(shí)間長，頂管頂進(jìn)端暫停時(shí)間時(shí)導(dǎo)致路面塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，也可以很好解決鋼管頂管防腐難題。壓力出水管接入河道，河堤、河底進(jìn)行砌護(hù)。

5.3 水泵試車回水管

為了滿足試車需要，設(shè)置一條DN1 200的試車回水管。試車回水管起點(diǎn)在閥門井內(nèi)與壓力出水管相接，終點(diǎn)為格柵間前面的進(jìn)水渠道。試車時(shí)，通過切換閥門井內(nèi)蝶閥的開啟來完成循環(huán)試水。該管路也作為潛污泵的壓力出水管，也可以作為放空管，對壓力出水井及壓力出水管進(jìn)行放空。

水泵試車回水管采用DN1 200鋼管，上設(shè)伸縮蝶閥，試車時(shí)打開該閥，關(guān)閉出水總管上閥門，使抽升的水經(jīng)試車回水管返回格柵井中重復(fù)利用，以節(jié)約用水。

水泵試車回水管采用焊接鋼管，連接方式為焊接或法蘭連接。管道基礎(chǔ)在原土夯實(shí)后，鋪20 cm厚砂墊層。

5.4 防腐

埋地管道外防腐在管道除銹后，采用石油瀝青四油三布加強(qiáng)級防腐。明裝管道外防腐在管道除銹后，刷紅丹防銹漆兩道，刷面漆兩道。管道內(nèi)防腐采用水泥砂漿襯里防腐。尤其是管道接口處要做好防腐處理。

6 結(jié)語

目前該泵站已經(jīng)正常運(yùn)行，運(yùn)行效果良好，由此可見水泵選型的重要性，此外，值得注意與借鑒的有如下幾點(diǎn)：

1)潛水混流泵對進(jìn)水條件要求比較高，應(yīng)進(jìn)行流道設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目采用不易產(chǎn)生渦帶, 且流道線型簡單, 施工方便的簸箕型進(jìn)水流道[3]；

2)水泵通過壓力出水井并聯(lián)，采用呼吸閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)呼吸桿；

3)PCCP用于水泵壓力出水管頂管施工具有比鋼管抗腐蝕性好，接口處快捷等優(yōu)點(diǎn)。