白石涌外排泵站案例分析

袁居新

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 中山 528400）

白石涌外排泵站案例分析

袁居新

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 中山 528400）

白石涌流經中山市中心城區，暴雨期間，下游出口受岐江河洪水頂托，河涌過流能力不足，污染較嚴重，且受岐江河高水位頂托，排水不暢，造成城區部分區域受淹。因此，急需在白石涌、發瘋涌及崩山涌出口興建外排泵站工程。白石涌外排泵站工程主要任務為排澇、引水、蓄水，用于保障城市排澇安全、實現水資源的優化配置，形成可蓄、可引、可排的城市水系網絡、滿足河涌水環境及水景觀等綜合功能的要求。

工程設計；水泵；案例分析

1 工程設計

1.1 原始條件確定

泵站排澇標準采用10年一遇24小時暴雨不成災，水閘排洪標準采用20年一遇，相應泵站設計流量不少于 135．0m3/s，水閘設計流量不少于 250．40m3/s。

閘外設計水位為20年一遇，其相應岐江河最高控制水位為2．34m；閘內最高水位為2．04m，設計景觀水位為1．74m，最低運行水位0．24m。

泵站設計內水位為泵站運行期間經常出現的內水位，取排澇時的平均內水位1．04m。最高運行內水位為排澇區按設計標準正常運行的上限水位，工程最高運行水位為內河控制最高水位2．04m。最低運行內水位是泵站正常運行的下限排澇水位，為確定水泵安裝高程、主廠房的基礎高程以及進水池的臨界淹深等的依據，確定該水位為0．24m。根據白石涌現狀河底及兩岸堤頂高程情況，正常蓄水位（景觀水位）為1．74m。

外河設計外水位根據排澇期間岐江河控制水位，取2．04m。最高運行外水位是決定泵站的最高揚程及選擇泵型的依據，本工程外河水位變化不大，白石涌泵站最高運行外水位取岐江河最高控制水位2．34m。設計防洪外水位取岐江河最高控制水位2．34m。

1.2 泵站特征揚程的確定

由確定的設計內、外水位特征值，即可按各種工況確定泵站設計揚程、最大揚程等值。白石涌泵站設計特征揚程、流量、水位等特征值見泵站設計特征值參數表1。

1.3 工程布置及主要建筑物

白石涌外排泵站工程包括新建泵站、水閘及華光路交通橋各一座。泵站布置在水閘右側，泵站中心線與水閘中心線呈14．4°。泵房內河側依次布置清污橋、引渠。本工程采用泵站、水閘和交通橋結合布置的方式，其總體布置緊湊，工程征地、拆遷費用少。泵站工程主要建筑物有引水渠、前池、清污橋、泵房、出水池等。

白石涌泵站采用堤身式布置，整個泵房由泵房及安裝場組成，安裝場布置在主廠房右側。主廠房順水流方向寬度為30．0m，垂直水流方向長度46．02m，中間設置一道分縫，縫寬20mm，每三臺機組一聯。泵房采用全地下無廠房式結構。安裝場布置在主廠房右側，與主廠房高低壓配電層相通。進出水流道布置在水泵層，進水流道采用由方形漸變為圓形的鋼筋砼結構，漸變段長度7．25m，流道底板面高程由-4．80m漸變至 -4．35m，入口過流斷面尺寸為 6．0m×4．1m（寬×高），流道水泵端圓形斷面直徑為3．2m，與水泵進口連接，流道前緣設置檢修閘門。出水流道采用圓形漸變成方形的鋼筋砼結構，流道長度7．25m，孔口尺寸與進水流道孔口尺寸相同。出口裝有可提升式拍門，集閘門和拍門功能為一體。

表1 白石涌泵站設計特征參數表

2 水泵的確定

2.1 水泵參數選擇

白石涌泵站設計排澇流量應不小于135m3/s，經綜合比較，采用6臺機組，單泵流量不小于22．5m3/s。為滿足景觀用水需要，設計其中2臺水泵可反向引水。水泵設計揚程、最大揚程分別為：

H設計＝ 2．04 － 1．04+1．00 ＝ 2．00m；

H最大＝ 2．34 －（0．24）+1．00 ＝ 3．10m。

根據以上設計參數及機組臺數，初步選擇型號為2600QG-2．0/25型潛水貫流泵，葉輪直徑2600mm，轉速145r/min，葉片安裝角度為0°，配套電機功率1000kW。

2.2 泵型比較

白石涌泵站屬于大流量、低揚程的泵站，比較適合的泵型有立式軸流泵和潛水貫流泵。其中潛水貫流泵為新型產品，屬臥式安裝的軸流泵，采用潛水電機、行星齒輪傳動技術，適用于揚程在5m以下的泵站，其最大的特點是土建結構簡單、機電設備投資少、流道效率高。立式軸流泵為傳統排澇泵型，電機與水泵分離安裝，具有技術成熟、應用廣泛的特點。兩種泵型的設計流量、揚程均能做到滿足白石涌泵站的要求，且效率均較高，現從以下幾個方面對這兩種泵型進行技術經濟比較。

（1）從使用功能角度分析，兩種泵型均能滿足排澇功能，同時也可采用一定技術實現反向抽水，滿足景觀用水功能：潛水貫流泵可采用“S”形葉片技術實現反向抽水，其特點是流道型式與單向機組完全相同，流道效率高，結構簡單，投資省。立式軸流泵可采用“X”型流道實現雙向抽水，但其流道效率比常規鐘型或肘型流道低很多，結構復雜，造價比常規單向排澇泵站高。

（2）從水泵效率角度分析，相同葉輪直徑、相同水力模型的潛水貫流泵比立式軸流泵的效率要高3%～5%。

（3）從運行管理角度分析，潛水貫流泵電機與水泵為整體結構，檢修時只需用廠房內的雙梁橋式起重機將水泵吊至安裝檢修間進行檢修，管理及維護工作量小，但由于水泵整體結構龐大，關鍵部位大修可能要運至工廠，運輸不便；立式軸流泵機組由于水泵電機分離，運輸比潛水貫流泵方便，但安裝檢修比潛水貫流泵麻煩，費用高。

（4）從機電設備投資角度分析，6臺葉輪直徑為2600mm的立式軸流泵（含調節機）價格約為1500萬元，6臺1000kW的同步電機價格約為660萬元，所以6臺軸流泵電機及水泵總價約為2160萬元；6臺葉輪直徑為2600mm的潛水貫流泵價格約為1840萬元（含2臺反向抽水水泵），僅水泵及電機，潛水貫流泵就可比立式軸流泵節省約320萬元。

（5）從土建投資角度分析，潛水貫流泵不需要設置出水箱涵出流，土建投資較省。高低壓配電設備及中控室布置在主泵房上方，無需另行布置副廠房，節約了土地資源。

（6）從技術成熟角度分析，立式軸流泵在國內排澇泵站中應用廣泛，是常見的泵型，技術成熟；潛水貫流泵機組集成了水泵、潛水電機、行星齒輪減速裝置于一體，效率高、土建結構簡單、投資省，應用在低揚程、大流量的泵站中，相對立式軸流泵的優勢明顯。

綜合比較兩種泵型的優缺點，選用6臺葉輪直徑為2．6m的潛水貫流泵方案，運行維護工作量較小、土建及機電設備投資節省，相對立式軸流泵的優勢明顯。

3 結語

白石涌外排泵站工程的建設實踐證明，泵站采用了帶行星齒輪的大型潛水泵，配套正向收縮式進水流速和正向漸變放大出水流速，大幅降低了工程投資，提高了泵站效率，運行管理便利，維護簡單，與傳統泵站相比，節約資金4000萬元。工程投產以來，經歷兩次特大暴雨考驗，排水效果顯著，既滿足汛期排澇要求，平時又可引水沖污，保持河涌水位，增加河涌水容量，形成河涌水景觀，循環內河水體，增強水體自凈功能，集蓄水、排澇、改善水景觀等多功能為一體。

[1]湯方平, 劉超, 成立．低揚程水泵選型新方法[J] ．水利水電科技進展, 2001, 21(4):41～ 43．

[2]嚴忠民, 周春天, 閻文立．平原水閘泵站樞紐布置與整流措施研究[J] ．河海大學學報(自然科學版), 2001 , 29(2):50～ 53．

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