平原區(qū)某中型泵站拆建工程的設(shè)計(jì)方案選擇

成志超 萬吉祥 曹 銳 賀淑全

（作者單位：1.宿遷市水務(wù)勘測設(shè)計(jì)研究有限公司 223800 2.宿遷市水利局 223800）

平原區(qū)的中小型泵站種類繁多，部分工程建設(shè)年代久遠(yuǎn)，受建設(shè)時(shí)期的各類因素影響，實(shí)際運(yùn)行中存在各種問題和安全隱患。此次拆建的泵站為大型灌區(qū)的兩座水源泵站之一，經(jīng)鑒定后屬于四類泵站，故結(jié)合灌區(qū)項(xiàng)目改造工程的實(shí)施，對該工程進(jìn)行拆建改造。通過對水泵的泵型及布置形式進(jìn)行了對比和方案比選，為今后的泵站拆建改造設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

一、工程概況

某中型泵站位于中運(yùn)河沿岸，利用長度約200m引河從中運(yùn)河引水灌溉，引河與中運(yùn)河垂直相交。現(xiàn)狀泵站共設(shè)置13臺(tái)26寸混流泵，配13臺(tái)110kW電動(dòng)機(jī)，布置在引河一側(cè)，為側(cè)向進(jìn)水、一列式布置，泵站設(shè)計(jì)流量為14.3m3/s。

該泵站建于20世紀(jì)90年代，水泵為無錫水泵廠1982年生產(chǎn)的產(chǎn)品，之前裝配于其他工程，在1996年該工程改造時(shí)，將水泵機(jī)組轉(zhuǎn)入該工程中使用，屬于改造淘汰的舊水泵。經(jīng)過二十多年的運(yùn)行，水泵葉片均汽蝕嚴(yán)重，泵軸磨損嚴(yán)重，軸承盒滲油嚴(yán)重。泵站不滿足防洪要求，排架、電機(jī)墩混凝土強(qiáng)度等級偏低；出水池墻體開裂，出水涵洞開裂嚴(yán)重。經(jīng)檢測單位鑒定，根據(jù)《泵站安全鑒定規(guī)程》（SL316-2004），評定該工程建筑物為四類，機(jī)電設(shè)備為四類，金屬結(jié)構(gòu)為四類，綜合評定為四類泵站。鑒于此，結(jié)合灌區(qū)改造工程的實(shí)施，將該工程列入拆建項(xiàng)目。

二、泵型選擇

1.泵站設(shè)計(jì)水位

該工程的特征水位見表1。

2.泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程

根據(jù)泵站特征水位確定泵站各工況凈揚(yáng)程如下：

設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程＝23.50-17.20=6.30m

最高凈揚(yáng)程＝23.50-17.00=6.50m

3.機(jī)泵設(shè)備選型

初估管路損失為15%，則水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為7.25m。按照設(shè)計(jì)流量14.3 m3/s，暫選六種水泵作為候選型號，選型時(shí)考慮備用機(jī)組1臺(tái)。六種方案水泵參數(shù)見表2。水泵選型對比見表3。水泵性能曲線見圖1～圖6。

從對比表和水泵性能曲線可以看出，6種方案性能參數(shù)均能滿足規(guī)劃要求。從效率、能耗、投資及管理方面綜合考慮，方案一的水泵運(yùn)行效率較高，單位流量下所需功耗較低，且參照以往工程運(yùn)行情況，水泵技術(shù)已成熟，設(shè)備穩(wěn)定性能好，檢修頻率不高，在實(shí)際運(yùn)行中設(shè)備噪音較低，適宜進(jìn)行運(yùn)行管理。由于此次拆建計(jì)劃采用正向進(jìn)水方案，水泵機(jī)組進(jìn)出水方向沿東西向布置，現(xiàn)狀的站址部位南北向?qū)挾扔邢蓿捎?臺(tái)套機(jī)組所用空間較小。

表1 泵站的設(shè)計(jì)特征水位表

表2 六種方案水泵參數(shù)對比表

表3 六種方案水泵選型對比表

綜合上述因素考慮，該站最終選用方案一，即選用1400QZ-70（-2°）型潛水軸流泵。

三、布置方案選擇

該工程為拆建工程，在現(xiàn)狀泵站上游約15m處設(shè)有一攔污柵，約140m處設(shè)有一清污機(jī)橋及清污機(jī)。為減少占地、合理融入管理所環(huán)境，泵站采取原址拆建。現(xiàn)狀泵站為側(cè)向引水式、正向出水式布置型式，由于水泵臺(tái)數(shù)減少，單泵流量增大，且灌區(qū)的水源泵站有兩座，該工程為流量相對較小的輔助調(diào)節(jié)提水泵站。由于另一座主要供水泵站運(yùn)行已有十多年，受外河水位變化影響較大，在低水位時(shí)進(jìn)水流態(tài)較差。可利用拆建泵站的契機(jī)，提高其提水能力，以該工程作為主要供水泵站，另一座泵站作為調(diào)節(jié)泵站，故該工程的實(shí)際任務(wù)加大。現(xiàn)狀泵站的引河寬度有限，受大流量的影響，需對現(xiàn)有泵站的布置形式進(jìn)行優(yōu)化，布置方案分為兩類：

1.正向進(jìn)水、正向出水方案

正向進(jìn)水、正向出水方案利用現(xiàn)狀引河走向及西部現(xiàn)狀地形條件，自引河向西分別設(shè)置前池、泵室、出水管路（含計(jì)量設(shè)施）、出水池。現(xiàn)狀引河上口寬度約20.00m，泵室結(jié)構(gòu)總寬度為17.00m，上游前池順接條件良好，水流條件良好。根據(jù)規(guī)范要求及工程實(shí)例，泵站宜采用正向進(jìn)水。

由于站址北側(cè)管理道路以及管理所內(nèi)地面高度為24.30～24.00m，現(xiàn)狀引河底高程為15.00m，老站進(jìn)水池高程為14.30m，老站西側(cè)變壓器范圍內(nèi)的地面高程為20.20～20.90m，此次根據(jù)地形變化條件，泵室底板布置在老站進(jìn)水池位置，利用西側(cè)低洼位置布置出水池，再修建連通箱涵與一站出水池進(jìn)行銜接，檢修間布置于北側(cè)，易于與現(xiàn)狀道路連通，方便管理。南側(cè)布置配電室及控制室，空間布局、房屋走向基本與管理所內(nèi)一致，空間條件較為協(xié)調(diào)。

圖1 方案一1400QZ-70（-2°）性能曲線圖

圖2 方案二1200QZ-70（-2°）性能曲線圖

圖3 方案三1400ZLB-70（-2°）性能曲線圖

圖4 方案四1200ZLB-85（0°）性能曲線圖

圖5 方案五1400HD（S）-9（-4°）性能曲線圖

圖6 方案六1200HD(S)-9（-4°）性能曲線圖

2.側(cè)向進(jìn)水、正向出水方案

正向進(jìn)水、正向出水方案利用老站的布置形式，泵室基本位于老站的泵室位置，進(jìn)水側(cè)采用圓弧翼墻與引河呈90°轉(zhuǎn)角，出水側(cè)利用出水池結(jié)合交通橋一同布置，連通至現(xiàn)狀出水池。

由于現(xiàn)狀的進(jìn)水引河寬度有限，導(dǎo)致進(jìn)水圓弧翼墻的轉(zhuǎn)彎半徑受限，需在進(jìn)水前池位置加設(shè)導(dǎo)流設(shè)施，進(jìn)水水流條件各機(jī)組影響較大，容易產(chǎn)生漩渦，影響水泵運(yùn)行效率。出水側(cè)長度偏短，無法實(shí)施單泵流量的有效計(jì)量，且需加設(shè)防滲截水設(shè)施、防沖設(shè)施等工程量較大。

綜上所述，此次泵站布置型式為正向進(jìn)水、正向出水的布置型式。

四、結(jié)語

平原區(qū)的中小型泵站數(shù)量較多，形式多樣，大部分為灌溉、排澇泵站。該工程所在的區(qū)域大部分為傳統(tǒng)的立式軸流泵，其結(jié)構(gòu)相對簡單，便于維修，但運(yùn)行噪音較大、效率相對較低。潛水泵的應(yīng)用提高了泵站的運(yùn)行效率，改善了運(yùn)行管理環(huán)境。雖然其維修技術(shù)要求較高，但維護(hù)頻次較低，對于較大口徑水泵也更適用于專業(yè)化保養(yǎng)、工廠化維修。對于泵站的拆建改造，要綜合利用現(xiàn)有的地形條件，充分考慮進(jìn)出水流態(tài)，從而提高泵站的整體運(yùn)行效率，更好地發(fā)揮工程效益■