大流量高揚程雨水泵站設(shè)計

白 生 云

(太原市市政工程設(shè)計研究院，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)濟運行，充分發(fā)揮工程效益。大流量泵站匯水范圍大，泵站正常運行與否影響范圍比較大，因此選擇合適泵型，設(shè)計合理的進水流道顯得尤為重要。

1 泵站設(shè)計規(guī)模確定

1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

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

暴雨強度公式：

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)計重現(xiàn)期1年，綜合徑流系數(shù)0.60進行計算，設(shè)計流量為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，累計得最終規(guī)模為24 m3/s。

1.3 泵站揚程確定

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

2 泵站工藝流程

雨水經(jīng)泵站進水方涵進入閘門井，進行流量分配后，進入格柵間，通過安裝在格柵井中的格柵除污機攔截雜物后，進入泵房集水池，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)太多進水條件可能不良，影響運行管理。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，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)險比較大，且位于城市道路旁防護帶有限，因此常常選擇景觀性較好的潛水泵。

根據(jù)泵站規(guī)模、揚程、排水特點、工程場地情況等，同時考慮維護管理的方便，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；格柵選用反撈式格柵除污機;皮帶輸送機選用帶式輸送機；止回閥選用蝶式微阻緩閉止回閥，起到消除水錘，保護泵組及管線安全的作用；閥門選用雙向伸縮型密封蝶閥，既起到截斷或調(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

4.1 閘門井

進水閘門井的主要功能是進行流量分配以及運行檢修時進行切換。進水孔的斷面為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(雙吊點)。

進水首先進入閘門井，閘門可截斷進水，為后續(xù)格柵及水泵機組的安裝檢修、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)的格柵除污機攔截進水中較大的漂浮物及進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水前池相連接。格柵井內(nèi)裝設(shè)反撈式格柵除污機，格柵井上部周圍加設(shè)不銹鋼欄桿。

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

主要設(shè)計參數(shù)：

設(shè)計流量: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，造成部分機組進水量不足，嚴(yán)重時漩渦將空氣帶入進水流道，使水泵效率大為降低，并導(dǎo)致水泵汽蝕和機組振動等[2]。因此應(yīng)重視前池的設(shè)計。進水經(jīng)格柵除污機后進入前池，前池使水流均勻地流入泵房進水池，為水泵提供良好的吸水條件。擴散角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。簸箕型進水流道高度小而寬度較大,與鐘型進水流道比較接近,但簸箕型進水流道對寬度的要求沒有鐘型進水流道那樣嚴(yán)格,它不易產(chǎn)生渦帶,且流道型線簡單,施工方便,是一種較好的進水流道型式[3]。

進水通過前池后進入進水池，進水池內(nèi)設(shè)導(dǎo)流墻與簸箕型進水流道，潛水混流泵設(shè)于進水流道之上，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)于進水池上。為方便運行及設(shè)備檢修等，水泵分兩組，中間設(shè)隔墻完全隔離。

主要設(shè)計參數(shù)：

設(shè)計流量：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，可以實現(xiàn)水泵試車、壓力管路放空及潛污泵運行等。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

5.1 進水涵

為了改善前池的水流流態(tài)，彎道終點與前池進口之間宜有直線段，其長度不宜小于渠道水面寬度的8倍[2]。泵站設(shè)計起點與泵站進水方涵終點相接，設(shè)計終點為泵站進水閘門井，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，起點與閥門井出水管相接，由東向西，終點接入河道。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間長，頂管頂進端暫停時間時導(dǎo)致路面塌陷的風(fēng)險，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、河底進行砌護。

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。試車回水管起點在閥門井內(nèi)與壓力出水管相接，終點為格柵間前面的進水渠道。試車時，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)正常運行，運行效果良好，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：

1)潛水混流泵對進水條件要求比較高，應(yīng)進行流道設(shè)計，本項目采用不易產(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。