雙向潛水貫流泵在城市水環(huán)境整治中的應(yīng)用

石星星

(上海宏義建設(shè)實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，上海 200232)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化面積不斷擴(kuò)大，人們對(duì)河道水質(zhì)改善的需求越來(lái)越高。城市水環(huán)境治理對(duì)現(xiàn)有的城市排澇泵站提出了新的需求，要求泵站同時(shí)具有排澇和引調(diào)水的雙重功能。

閔行區(qū)虹橋鎮(zhèn)地處上海中心城區(qū)西南部，為虹橋鄉(xiāng)政府所在地。離上海市區(qū)僅數(shù)公里，為高度集鎮(zhèn)區(qū)。高門涇為該片區(qū)二級(jí)支河，河道單側(cè)斷頭。高門涇泵站位于高門涇與外河蒲匯塘交匯外，為單向排澇泵站。高門涇河道綜合整治工程要求增加泵站引清調(diào)水功能，加快內(nèi)外河水體的流動(dòng)和交換，進(jìn)一步改善河道水質(zhì)。

1 工程現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析

高門涇河道周邊為居民住宅、學(xué)校和商業(yè)密集區(qū)。河道水體整體呈綠色，有藻類爆發(fā)現(xiàn)象，現(xiàn)狀水質(zhì)渾濁，局部有異味，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象明顯。現(xiàn)狀河道為斷頭浜，斷頭處建有規(guī)劃小區(qū)無(wú)打通條件。平時(shí)外河水位較高，閘站關(guān)閉期間整條河道水體流動(dòng)性差。

高門涇泵站始建于1993年，為單向排澇泵站。匯水面積124hm2，規(guī)劃排澇流量為3.0m3/s，2臺(tái)立式軸流泵對(duì)稱布置，中間設(shè)寬1.2m閘門。2005年改建時(shí)拆除原上部管理房并加蓋3層建筑物作為虹橋鎮(zhèn)水務(wù)站綜合辦工中心。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，本工程存在的主要技術(shù)難點(diǎn)如下。

(1)施工場(chǎng)地狹小。現(xiàn)有高門涇泵站兼做虹橋鎮(zhèn)水務(wù)站辦工樓，整棟樓地面以下一層，為原泵站流道及水機(jī)層。地面以上共3層，一層為高門涇泵站電機(jī)層及控制管理房，二、三層為辦公區(qū)域，泵站結(jié)構(gòu)如圖1所示。從建筑結(jié)構(gòu)安全考慮要求高門涇泵站在主體結(jié)構(gòu)不做大的變動(dòng)情況下將單向泵站改成雙向泵站，且大型施工機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，施工難度較大。施工場(chǎng)地狹小為現(xiàn)有流道范圍。

圖1 高門涇泵站結(jié)構(gòu)示意圖(單位：mm)

(2)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難。高門涇現(xiàn)有泵房分別位于一樓后廳偏左右泵房，前廳為虹橋鎮(zhèn)水務(wù)站前臺(tái)。樓面以下為原有流道，原樓面設(shè)計(jì)荷載僅2.5kN/m2，樓面板較薄。經(jīng)復(fù)核，泵組、電機(jī)等大型設(shè)施進(jìn)場(chǎng)不能直接通過(guò)一樓大廳樓板。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)及安裝難度較大。

(3)泵站運(yùn)行環(huán)境要求較高。現(xiàn)有泵站所在地兼做虹橋鎮(zhèn)水務(wù)站辦工樓，周邊緊鄰虹橋鎮(zhèn)社區(qū)事務(wù)受理中心、健康服務(wù)中心、虹橋國(guó)際商務(wù)中心等人口密集辦工區(qū)域。泵站地理位置的特殊性要求改建后的泵站運(yùn)行噪聲在滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減小噪聲輻射影響。

2 雙向泵站的泵型選擇

本工程泵站運(yùn)行凈揚(yáng)程基本在0.5和1.5m左右(屬特低揚(yáng)程泵站)，適合的泵型為軸流泵。泵站要求同時(shí)具有排澇和引水雙向運(yùn)行功能，可采用雙向運(yùn)行的“S”型葉片轉(zhuǎn)輪或改變出水水流方向的“X”型流道。結(jié)合上海市水利行業(yè)的泵站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，本工程對(duì)下列泵型進(jìn)行分析比選：雙向潛水貫流泵、立式軸流泵、立式潛水泵。

(1)雙向潛水貫流泵是水泵和潛水電機(jī)同軸直連水平置于流道內(nèi)的一種泵型。整個(gè)泵組尺寸緊湊，流道平直、型線簡(jiǎn)單，水流僅沿水泵和電機(jī)的軸線方向流動(dòng)。采用雙向運(yùn)行的“S”型葉片，通過(guò)電機(jī)切換開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)行。根據(jù)上海已建的楊樹(shù)浦港雙向泵站真機(jī)試驗(yàn)和試運(yùn)行情況，其水流流態(tài)平穩(wěn)，土建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便。缺點(diǎn)是，潛水貫流泵組采用潛水電機(jī)，對(duì)電機(jī)密封性能要求較高，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，需要返廠檢修，設(shè)備檢修維護(hù)安裝周期較長(zhǎng)。

(2)立式軸流泵是一種應(yīng)用最廣，設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最豐富的泵型。水泵和電機(jī)直接連接，垂直分層布置，電機(jī)布置在地面層，運(yùn)行維護(hù)方便，安全可靠，但地面需要較高的泵房，與周邊景觀環(huán)境很難協(xié)調(diào)。為實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)行，需配置立面的“X”型流道、4套進(jìn)出水閘門進(jìn)行水流切換。該型式水泵裝置水力損失大，閘門操作復(fù)雜，土建開(kāi)挖深，土建工程量較大，其檢修、滲漏排水等輔助系統(tǒng)也較為復(fù)雜。對(duì)于小流量雙向泵站，出水管道上設(shè)閥門代替閘門，通過(guò)底層閘門和出水閥門配合，可實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)行。

(3)立式潛水泵與潛水貫流泵不同之處在于，潛水電機(jī)與水泵同軸整體立式置于鋼制或混凝土井筒式流道內(nèi)，可以不設(shè)地面泵房。井筒式立式潛水泵安裝檢修方便，泵組可整體從井筒內(nèi)吊出，操作運(yùn)行簡(jiǎn)單，土建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。立式潛水泵的井筒上設(shè)有2個(gè)出水口，連接鋼管上設(shè)置閥門控制水流流向，從而實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)行，井筒式立式潛水泵適合小流雙向運(yùn)行泵站。

通過(guò)以上3種泵型比選，雙向潛水貫流泵在泵站雙向改造具有較大優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①對(duì)于建設(shè)年代較早，現(xiàn)有流道高度較低的泵站，從建筑結(jié)構(gòu)安全考慮，采用雙向潛水貫流泵，將原流道改造成平直型流道更加方便簡(jiǎn)單，對(duì)主體結(jié)構(gòu)改動(dòng)較小，土建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可較大程度減少結(jié)構(gòu)改造的工程量和費(fèi)用。②雙向潛水貫流泵通過(guò)電機(jī)切換開(kāi)關(guān)，即可以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)行，操作更加方便，更加便于運(yùn)行單位使用。③由于貫流泵的動(dòng)力機(jī)安裝在水泵的燈泡體內(nèi)，整體置于水中，泵房噪聲較其余泵型更小，更加適合城區(qū)泵站建設(shè)要求。根據(jù)上述分析，高門涇泵站設(shè)計(jì)采用雙向潛水貫流泵。

3 工程設(shè)計(jì)

改建后高門涇泵站排澇(引水)規(guī)模按原規(guī)劃規(guī)模設(shè)計(jì)為3.0m3/s，引水時(shí)間根據(jù)河道水質(zhì)要求確定。泵站選用2臺(tái)800QGS1.5型雙向潛水貫流泵。潛水貫流泵進(jìn)、出水流道的水力損失包括進(jìn)水閘門槽到出水閘門槽之間整個(gè)流道的損失，在運(yùn)行工況下，水泵裝置的水力損失約為0.6～1.0m。本工程設(shè)計(jì)揚(yáng)程正向2.6m，反向1.6m。泵站運(yùn)行工況為：汛期或瞬時(shí)暴雨致城區(qū)內(nèi)澇無(wú)法外排時(shí)通過(guò)泵站進(jìn)行強(qiáng)排內(nèi)澇水至外河蒲匯塘。平時(shí)內(nèi)河水質(zhì)較差時(shí)通過(guò)泵站外入外河活水完成水體置換。

雙向潛水貫流泵進(jìn)出水在一條中心線上，為有壓流道，通過(guò)“S”型葉片和電機(jī)轉(zhuǎn)向切換，實(shí)現(xiàn)排澇和引水運(yùn)行工況。進(jìn)、出水流道進(jìn)口均設(shè)置檢修閘門，流道通過(guò)一段由矩形漸變成圓形的擴(kuò)散段與泵組進(jìn)出水鋼管銜接。內(nèi)河側(cè)鋼管上裝設(shè)一只電動(dòng)蝶閥，外河側(cè)鋼管上裝設(shè)一只液控蝶閥。當(dāng)開(kāi)停機(jī)時(shí)，通過(guò)電動(dòng)蝶閥或液控蝶閥的配合，實(shí)現(xiàn)通流和斷流。為保證泵站平穩(wěn)運(yùn)行，在內(nèi)外河側(cè)分別增設(shè)一道攔污柵封閉。如圖2所示。

圖2 雙向貫流泵結(jié)構(gòu)布置

針對(duì)上述工程難點(diǎn)，本工程進(jìn)一步采取了以下工程措施。

(1)為進(jìn)一步減小泵站運(yùn)行噪聲特別是低頻噪聲對(duì)辦工人員的影響，工程設(shè)計(jì)采用了以下一系列噪聲控制措施包括：在機(jī)組基座上加裝防振橡膠及減震彈簧，機(jī)組外殼包覆阻尼隔音氈、水泵進(jìn)出水口設(shè)置軟管連接等。成功將泵站運(yùn)行噪聲降至環(huán)保部規(guī)定的Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境功能區(qū)噪聲限值以下。

(2)潛水貫流泵整體重約3.3t，現(xiàn)有泵站前廳樓面板較薄，且空間場(chǎng)地有限，大型吊裝設(shè)備進(jìn)場(chǎng)施工，同時(shí)考慮電動(dòng)蝶閥和液控蝶閥的安裝吊裝及運(yùn)行期設(shè)備的正常保養(yǎng)與檢修。工程設(shè)計(jì)采用廠內(nèi)橋式起重機(jī)起吊。泵站上部廠房各配備一臺(tái)5t電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)，跨度約8m，起升高度10m。為不影響原建筑主體結(jié)構(gòu)，起重機(jī)框架采用鋼結(jié)構(gòu)，立柱錨固于流道底板。設(shè)備進(jìn)場(chǎng)時(shí)鋪設(shè)架空工字鋼軌道，到位后采用廠內(nèi)橋式起重機(jī)起吊安裝。

(3)潛水貫流泵的電機(jī)與水泵整體置于水中運(yùn)行，不需設(shè)置油、水等輔助系統(tǒng)；檢修時(shí)的流道排水以及泵房?jī)?nèi)的滲漏水等均排至站內(nèi)低位集水井，由潛水排污泵抽排至河中。

4 結(jié)語(yǔ)

雙向泵站改造在解決城市河道防洪排澇功能的基礎(chǔ)上兼有河道沖污，置換水體，增加河道水動(dòng)力，改善河道水質(zhì)的功能。對(duì)城市水環(huán)境治理具有重要意義。高門涇泵站改建工程雙向潛水貫流泵的合理運(yùn)用表明，雙向潛水貫流泵具有泵房結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、進(jìn)出水流道布置簡(jiǎn)捷、工程施工及設(shè)備安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，利用雙向潛水貫流泵進(jìn)行泵站改造可較大程度上減少泵站拆除重建的工程量與投資。實(shí)踐證明雙向潛水貫流泵可以在同類工程中廣泛應(yīng)用。