付英杰

(鐵西區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展局，遼寧 沈陽 110027)

孫家窩鋪排水站泵站設(shè)計(jì)

付英杰

(鐵西區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展局，遼寧 沈陽 110027)

通過闡述孫家窩鋪排水站工程現(xiàn)狀及存在的問題，提出了該排水站設(shè)計(jì)改造的必要性。在確定本排水站排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)排水流量進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對(duì)排水站泵站機(jī)組型號(hào)、數(shù)量進(jìn)行了設(shè)計(jì)選擇，通過對(duì)水泵工作點(diǎn)復(fù)核，得出水泵選型及管道布設(shè)合理的結(jié)論。并分析了該排水站改造工程的總體效益。

設(shè)計(jì)流量；機(jī)組；水泵；泵房

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

孫家窩棚排水站建于1974年，安裝1臺(tái)20ZLB-70軸流泵，配套電機(jī)型號(hào)為1臺(tái)Y280M-6/55 kW，采用正向進(jìn)出水方式，變壓器供電。直接從引水渠引水，進(jìn)入進(jìn)水池，進(jìn)水池前設(shè)置攔污設(shè)施；采用方涵出水。泵房面積26.6 m2，管理房建筑面積為18.24 m2，為磚瓦房。

該站自建成以來，經(jīng)數(shù)十年運(yùn)行，設(shè)備嚴(yán)重老化，泵站運(yùn)行高耗低效，導(dǎo)致運(yùn)行成本高，增加了農(nóng)民負(fù)擔(dān)。

1.2 存在的主要問題

孫家窩棚排水站主要存在以下三方面問題：①原機(jī)組排澇流量偏小，導(dǎo)致排澇時(shí)田面積水較深，所需排澇時(shí)間長；②電氣設(shè)備已嚴(yán)重老化；③設(shè)計(jì)高程低，導(dǎo)致頻繁發(fā)生排澇時(shí)廠房進(jìn)水現(xiàn)象。

因此，導(dǎo)致該站作用效果不顯著，造成了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)頻繁受災(zāi)，1991年、1992年、1994、2005年均有受災(zāi)情況發(fā)生，受災(zāi)面積達(dá)到控制排水面積的80%，甚至100%。糧食大幅度減產(chǎn)甚至絕收，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厝嗣竦慕?jīng)濟(jì)收入，影響社會(huì)穩(wěn)定。

2 主要工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)流量

2.1.1 排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本站控制面積6 km2，排澇設(shè)計(jì)保證率取P=10%，即3 d暴雨3 d排干。

考慮本區(qū)以種植玉米、棚菜等旱作物為主，參考有關(guān)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本區(qū)實(shí)際需要，計(jì)算相應(yīng)的排澇模數(shù)qm：

qm=R/(86.4t)

(1)

式中：qm為設(shè)計(jì)排澇模數(shù)，m3/(s·km2)；R為設(shè)計(jì)徑流深，根據(jù)遼寧省水文手冊(cè)本設(shè)計(jì)取100 mm；t為排澇時(shí)間，d，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際情況本次設(shè)計(jì)取3 d。

經(jīng)計(jì)算得排水模數(shù)qm=0.385 m3/(s·km2)。

2.1.2 設(shè)計(jì)流量

本澇片面積不大，為簡化計(jì)算，按照下列公式計(jì)算本工程的設(shè)計(jì)排澇流量[1]。

Q設(shè)=qmA

(2)

式中：Q設(shè)為排澇設(shè)計(jì)流量；A為澇片面積，km2；

經(jīng)計(jì)算得本排水泵站排澇流量為Q設(shè)=0.385×3.1=1.19 m3/s，最終確定泵站設(shè)計(jì)排澇流量Q設(shè)=1.2 m3/s，泵站設(shè)計(jì)流量加大有效縮短了排澇時(shí)間，保證了排澇水平。

2.2 機(jī)組選擇

2.2.1 初選水泵型號(hào)與臺(tái)數(shù)

根據(jù)孫家窩棚排水站每年都需要抽排洪水的特點(diǎn)，以及近年來沈陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)排澇站的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)選用造價(jià)和維修成本相對(duì)較低的ZLB型立式軸流泵。

依據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50265-97)計(jì)算孫家窩鋪排水站實(shí)際揚(yáng)程為5 m。

根據(jù)泵站的設(shè)計(jì)流量及初估總揚(yáng)程，經(jīng)結(jié)構(gòu)布置及水力計(jì)算，查水泵性能曲線，初選水泵型號(hào)為500ZLB-70型或500ZLB-100型，臺(tái)數(shù)均采用2臺(tái)，兩種不同水泵型號(hào)方案比較見表1。

經(jīng)比較，500ZLB-70型水泵比500ZLB-100型泵揚(yáng)程偏高。因此，設(shè)計(jì)采用500ZLB-70型水泵。

2.2.2 水泵工作點(diǎn)復(fù)核

按初選水泵型號(hào)與臺(tái)數(shù)，進(jìn)行泵房及管路布置，計(jì)算水頭損失。

經(jīng)計(jì)算，泵站總水頭損失為1.218 m，詳見表2。

表1 初選水泵型號(hào)方案比較表

表2 水頭損失計(jì)算成果表

計(jì)算水泵三種特征工況總揚(yáng)程結(jié)果見表3，從表中可知，最高工況下，總揚(yáng)程可達(dá)3.848 m，實(shí)際揚(yáng)程可達(dá)2.63 m。設(shè)計(jì)工況下，總揚(yáng)程2.918 m，實(shí)際揚(yáng)程1.7 m。

表3 特征揚(yáng)程計(jì)算成果表

水泵管路特性曲線Q～H見表4。

表4 管路特性曲線表

水泵性能曲線與繪制管路特性曲線的交點(diǎn)即為水泵工作點(diǎn)，如圖1所示，進(jìn)而得出水泵工作點(diǎn)特征值表見表5，從兩者可以明顯看出，在設(shè)計(jì)及校核兩種工況下，水泵工作點(diǎn)均在允許范圍內(nèi)，且在高效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行，效率分別為81.2%和79.9%。說明所選水泵及管路系統(tǒng)布置合理。

圖1 水泵及管路特性曲線

表5 水泵工作點(diǎn)特征值表

2.2.3 水泵安裝高程的確定

根據(jù)水泵型號(hào)查安裝圖確定，水泵淹沒度為1.0 m，確定水泵進(jìn)水喇叭口安裝高程為：7.80-1.00=6.80 m。

2.3 泵房設(shè)計(jì)

2.3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本站為舊站改建工程，根據(jù)排水區(qū)地勢(shì)及外河岸邊情況，原站址為排水區(qū)最低處，且外河地形寬闊、平坦，水流條件順暢。排澇區(qū)已有現(xiàn)成的排澇主溝和各支溝，便于排澇渠道的整治，減少投資和節(jié)省耕地面積。為此，本次設(shè)計(jì)在舊站址處改建泵站，設(shè)計(jì)采用原軸線位置建站[2]。本站設(shè)計(jì)考慮自排、強(qiáng)排及灌溉相結(jié)合，根據(jù)站址處地形條件結(jié)合工程布置，采用堤后式箱型基礎(chǔ)泵房，進(jìn)、出水建筑物布置在同一條軸線上[3]。

2.3.2 泵房結(jié)構(gòu)型式確定

根據(jù)軸流泵機(jī)泵的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)進(jìn)水池布置在機(jī)房下面，形成上、下兩層結(jié)構(gòu)，泵房下部為進(jìn)水池隔墩形成的箱型基礎(chǔ)，上部為廠房。

由于本站設(shè)有兩臺(tái)機(jī)組，因本站設(shè)計(jì)自排與強(qiáng)排相結(jié)合的方式，為避免自排涵洞布置在水泵進(jìn)水口下游，而使水泵進(jìn)水喇叭口后存在較大空間易產(chǎn)生漩渦，影響水泵正常運(yùn)行。廠房除設(shè)置二個(gè)機(jī)組段外，單獨(dú)設(shè)置一自排涵洞進(jìn)口段，寬度與機(jī)組段同寬[4]。

2.3.3 泵房結(jié)構(gòu)尺寸確定

(1)機(jī)組段長度確定。根據(jù)選定的機(jī)組型式與安裝尺寸，考慮采用單機(jī)單室供水方式，確定單機(jī)進(jìn)水池寬為3.0 m，機(jī)組間隔墻厚為0.5 m，則機(jī)組間距為3.0 m。結(jié)合泵房內(nèi)交通及運(yùn)輸方便，確定一個(gè)機(jī)組段長為2.4 m。

(2)泵房長度的確定。泵房長度7.2 m 。

(3)泵房寬度的確定。泵房寬度結(jié)合下部進(jìn)水池結(jié)構(gòu)尺寸，考慮配電柜布置在機(jī)組上游側(cè)，主要通道布置在廠房下游側(cè)，并結(jié)合建筑模數(shù)確定，廠房軸線寬6.2 m，凈寬5 m，其中機(jī)組中心線距廠房上側(cè)寬3.0 m，下游側(cè)寬2 m。則廠房總寬為6.2 m。

(4)泵房各部高程確定。進(jìn)水池底板高程5 m；水泵安裝層頂面高程7.2 m；水泵出水口中心線高程8.7 m；屋面大梁底高程為14.55 m；泵房基礎(chǔ)底高程4.4 m；機(jī)房頂面高程15.15 m；廠房總高度為5.4+5.35=10.75 m。

2.3.4 工程計(jì)算

本次設(shè)計(jì)排澇灌溉站，均采用箱型基礎(chǔ)，需要進(jìn)行抗滑、抗浮、抗傾、地基承載力及滲透穩(wěn)定計(jì)算[5]，荷載情況見表6。

表6 荷載情況表

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50265-97 ) 查知 抗滑、抗浮、抗傾安全系數(shù)允許值及地基壓應(yīng)力比值，根據(jù)地質(zhì)提供資料可知地基允許承載力見表7。

根據(jù)抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式、抗浮穩(wěn)定計(jì)算公式及地基承載力驗(yàn)算公式得到計(jì)算成果見表8、表9。

表7 安全系數(shù)允許值統(tǒng)計(jì)表

表8 泵房穩(wěn)定計(jì)算成果表

表9 安全系數(shù)表

綜上，通過對(duì)泵房的抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定及地基承載力等計(jì)算可知，泵房滿足穩(wěn)定要求。

3 結(jié) 論

對(duì)孫家窩棚排水站流量及機(jī)組進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造，提高泵站機(jī)組運(yùn)行效率的同時(shí)降低了能耗及運(yùn)行管理費(fèi)用。孫家窩棚排水站維修改造后，提高了當(dāng)?shù)匾诐掣氐呐艥乘剑瑵称?.1 km2耕地的排水條件得到進(jìn)一步改善，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展提供了保證。

[1] 吳娛,吳亞敏. 某城區(qū)排澇泵站設(shè)計(jì)流量計(jì)算方法初探[J]. 廣東水利水電,2015(5):10-11，24.

[2] 譚穎科. 沙坪河排澇站站址選擇與布置設(shè)計(jì)[J]. 中國西部科技,2013(7):90-91.

[3] 馮亞輝,張黎,趙雪飛. 排澇泵站更新改造設(shè)計(jì)與實(shí)施[J]. 東北水利水電,2015(4):5-6，12.

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Design of pumping station of Sunjiawopu draining water station

FU Yingjie

(AgriculturalDevelopmentBureau,TiexiDistrictofShenyangeconomicandTechnologicalDevelopmentZone,Shenyang110027,China)

Through the elaboration of Sunjiawopu drainage water station project status quo and existing problems, this paper puts forward the necessity of the transformation of the design of the drainage water station. At first, based on determining the design standard of drainage water station, the drainage flow is designed, then the drainage pumping station unit type and number is designed, and through the rechecking of the pump operating point, the reasonable conclusion of pump selection and piping layout were drew. Secondly, the pump room is designed. Finally, the general benefit of the pumping station innovation project is analyzed.

design flow；unit；water pump；the pump room

付英杰( 1972-)，男，遼寧沈陽人，主要從事飲水安全、農(nóng)田水利、水庫移民、防汛抗旱和基層服務(wù)體系建設(shè)工作。E-mail：348773926@qq.com。

TU992.25

B

2096-0506(2017)02-0059-05