防洪排涝泵站设计与泵型比选

作者：郭旭巍 宿鸿

来源：《城市建设理论研究》2013年第30期

摘要：文章重点介绍了防洪排涝泵站设计中的关于泵站机组装机容量匹配问题、关于泵站进水前池尺寸确定问题、关于泵站试机闸门和试机循环管设计问题。最后介绍了城市排涝泵站水泵选型的原则以及新型高压潜水泵与传统立式泵的比较，以供同行参考。 关键词：防洪排涝泵站设计，泵型，比选 中图分类号： TV212.5+3 文献标识码： A 1、前言

为保护城市财产不受洪涝侵害,必须建设城市防洪体系。建筑堤防可抵御洪水,但当外江水位顶托时,城市内积水无法自排,往往造成内涝。为解决这一矛盾,除疏浚内河外,还需建设如城市排涝泵站之类的设施,其主要功能是排除城区洼地积水。 2、设计中几个问题的探讨 2.1 关于泵站机组装机容量匹配问题

排涝泵站3个主要特征参数特征水位、特征扬程和排涝流量均按《泵站设计规范》(GB 50265-2010)(以下简称《规范》)规定的计算原则确定,其对选择机组型号、功率、台数等都有很大关系。单机功率的选择是根据水泵最大扬程所计算的轴功率大小进行匹配的。机组单机设计排涝流量是根据泵站设计扬程在运转特性曲线上查出相应的流量。但从这几年城市防洪排涝泵站的运行经验看,大部分排涝站在内江发生内涝时,在匹配的功率和单机设计排涝流量运行下,对应的内江水位时有提高趋势,特别当发生内江排涝标准时,内江控制淹没水位更有不断升涨现象,至使上游居民和工矿企业受到不同程度的损失。缘由是在防洪堤的保护区内,原有凹坑或用来调蓄容积用的池塘被回填变为建设用地,贯穿市区的天然溪流冲沟(内河)亦已渠化变为管道流或渠管流,大大减少了内江率的河涌容积;城市人口增多,城市生活、生产污水亦不断增加。因此原来按《规范》规定计算的泵站设计排涝流量已不符合现状发展的需要。

城市防洪排涝泵站的设计排涝流量和其匹配的装机容量应预留有一定的安全裕度,以适应日后城市发展的要求。否则刚建好的排涝泵站,运行不到3~5年,又把泵站机泵扩建工程提到议事日程上来。

2.2 关于泵站进水前池尺寸确定问题

《规范》7.2.7条规定:“进水池的水下容积可按共用该进水池的水泵30~50倍设计流量确定”。有些排涝泵站位于市区天然的冲沟内河出江口,其进水前池容积就是天然冲沟内河规划设置前池的容积,或作适当的扩宽与浚深。其进水前池尺寸大小不受地形、地貌、拆迁、投资等诸多因素制约。按照机电设备运行的有关规范和制造厂家要求,水泵和电气设备最少有5 min的运行间隔,不能启动频繁,否则会损坏设备,增加维修率。城市防洪排涝泵站担负起除涝排渍的重任,在汛期运行期间,机组设备不能出现丝毫差错,城市防洪排涝泵站进水前池的有效容积应保证单台机运行5 min时间是比较合理的

2.3 关于泵站试机闸门和试机循环管设计问题

因为水泵和电气设备长时间无运转,可能会出现水泵轴承锈蚀涸结、电气保护继电器失灵等等现象,必须在汛期来临前,检查机电设备运转是否正常,进行试机运转,及早发现问题及时处理。汛前,前池是干燥的,试机运转水泵机组不宜采用空载点动。如何使前池达到水泵起抽水位进行试机运转,泵站设计采用了试机闸门和试机循环管试机闸门与防洪闸共用,双向止水。试机前将试机闸门关闭,把内江雨污水人为地储蓄至水泵起抽水位。为充分利用内江人为蓄积的水量,在泵站出水池与前池之间设置试机循环管及电动蝶阀。即水泵试机运转抽排出的水大部分回流到前池,使前池维持起抽水位不变,顺利完成试机运转工作。达到检查排涝泵站系统的工作安全性,保证排涝泵部汛期运行万无一失。 3、城市排涝泵站水泵选型的原则

3.1.经济因素:排涝泵站由十数子项土建、设备安装工程组成,工程投资额巨大,根据测 算,土建投资约占领42.2%,设备安装投资约占有57.6%。其中选择新型水泵,水泵投资至少 占设备安装投资额的35%,占工程总投资的20%。选择常规水泵,水泵投资至少占设备安 装投资额的45%,占工程投资的28%。

3.2.施工因素:选择不同泵型,对土建设计与施工、设备安装施工带来一定的影响。潜水型机泵合一型水泵可整体吊装施工,安装、维护方便。以立式泵为代表的机泵分离型水泵,应分设水泵层、电机层,同时机泵分离,轴对中安装困难,调试维修麻烦。

3.3.环境因素:排水泵站按其在排水系统中的位置分为中途泵站和终点泵站。城市排涝泵站属于终点泵站,站址往往位于城市低洼边缘地带。由于排水量大,往往所需水泵台机多,运行时噪声大,对周边居民生产生活影响也大。因此泵站一般应单独修建,应尽量选择噪音小的水泵,以符合环保的要求。

4、新型高压潜水泵与传统立式泵的比较

4.1.潜力电泵的优缺点 4.1.1.优点:

a、潜水电机泵站布置紧凑,机泵合一,整体尺寸小,整个机组可置于水中

b、潜水泵在结构上具有机泵合一,其水泵与电机是同轴联接的整体结构,与预埋件自动对中,在施工现场直接吊入井筒即可,无须繁琐的对中调整。检修时可将机泵整体吊出,在条件较好的车间维修,这就大大缩短机泵的安装、检修的时间。

c、操作简单,运行方便,附属设备少,便于管理。与常规立式泵相比,它可以省去轴承冷却水和润滑水的供水泵以及为机组检修所必须的油路等设备,由于机组在水下运行,站内不产生高温,也不需通风降温设施。

d、由于水泵机组在水下运行,噪声被水吸收,对泵房运行人员影响小,为操作人員提供了良好的工作环境。也避免了噪音污染社会环境。

e、由于机泵一体,重量轻,起吊设备小,安装费用节省。 4.1.2缺点:

a、由于高压电机(10KV)置于水下,对密封、绝缘、散热要求高。 b、大功率潜水电泵目前尚没有行业标准。

c、目前国内外大功率泵生产量尚少,用户少,宣传介绍也少,人们有所担心。 4.2.立式轴流泵的优缺点: 4.2.1.优点:

a、泵效率高,大型轴流泵的效率一般达88% b、轴功率曲线平缓,不易出现超负荷现象。 c、设备质量可靠,检修周期达3-4年。

d、国内已有近20年的制造和运行经验,技术成熟。 e、按照工程实例，同口径潜水泵比传统立式轴流泵要贵。

4.2.2.缺点:

a、由于电机与泵体分开,传动轴长、体积大且笨重,安装较麻烦。 b、噪音较大,约为85分贝,污染环境。

c、从土建投资方面看，潜水泵比立式轴流泵便宜。 4.3、两种泵型外观图见图一。

传统立式轴流泵潜水泵

4.4水泵选型

目前国内产品能满足排涝泵站的泵型为立式轴流泵和高压潜水电泵,两种泵型均有其优缺点，应根据实际情况选用。下面以实例介绍水泵选型。

目前,我国上海漕泾工业区已成功安装8台Q=500KW,安庆排涝泵站安装4台450KW,浙江苍南安装2台400KW高压潜水泵已成功运行2年。国家许多重点防洪排涝泵站也在陆续选用高压潜水泵,潜水电泵技术日趋成熟。为慎重起见,在浦西滞洪区泵站采用高压潜水泵,泵站共选用七台1400QZ-70型潜水轴流泵。 结语

城市建设常常抢占水边洼地乃至堵塞天然沟渠,且城镇趋于城市化后,不透水地面不断增多,同等降雨的洪峰及洪量增大,加重内涝。作者认为，城市防洪排涝泵站与一般的灌溉排水泵站不同,必须留有足够的前池容量,并设置试机运转装置,考虑防腐才便安全稳定地度讯。 参考文献

[1] GB 50265-2010,泵站设计规范[S].

[2]丘传忻.泵站[M].北京:中国水利水电出版社,2004.