袁居新

（中山市水利水電勘測設(shè)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(shè)計咨詢有限公司，廣東 中山 528400）

白石涌流經(jīng)中山市中心城區(qū)，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(qū)部分區(qū)域受淹。因此，急需在白石涌、發(fā)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(wù)為排澇、引水、蓄水，用于保障城市排澇安全、實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，形成可蓄、可引、可排的城市水系網(wǎng)絡(luò)、滿足河涌水環(huán)境及水景觀等綜合功能的要求。

工程設(shè)計；水泵；案例分析

1 工程設(shè)計

1.1 原始條件確定

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

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

泵站設(shè)計內(nèi)水位為泵站運行期間經(jīng)常出現(xiàn)的內(nèi)水位，取排澇時的平均內(nèi)水位1．04m。最高運行內(nèi)水位為排澇區(qū)按設(shè)計標(biāo)準正常運行的上限水位，工程最高運行水位為內(nèi)河控制最高水位2．04m。最低運行內(nèi)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(chǔ)高程以及進水池的臨界淹深等的依據(jù)，確定該水位為0．24m。根據(jù)白石涌現(xiàn)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(shè)計外水位根據(jù)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(jù)，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(shè)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(shè)計內(nèi)、外水位特征值，即可按各種工況確定泵站設(shè)計揚程、最大揚程等值。白石涌泵站設(shè)計特征揚程、流量、水位等特征值見泵站設(shè)計特征值參數(shù)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(cè)，泵站中心線與水閘中心線呈14．4°。泵房內(nèi)河側(cè)依次布置清污橋、引渠。本工程采用泵站、水閘和交通橋結(jié)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(cè)。主廠房順?biāo)鞣较驅(qū)挾葹?0．0m，垂直水流方向長度46．02m，中間設(shè)置一道分縫，縫寬20mm，每三臺機組一聯(lián)。泵房采用全地下無廠房式結(jié)構(gòu)。安裝場布置在主廠房右側(cè)，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?yōu)閳A形的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，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(shè)置檢修閘門。出水流道采用圓形漸變成方形的鋼筋砼結(jié)構(gòu)，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(shè)計特征參數(shù)表

2 水泵的確定

2.1 水泵參數(shù)選擇

白石涌泵站設(shè)計排澇流量應(yīng)不小于135m3/s，經(jīng)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(shè)計其中2臺水泵可反向引水。水泵設(shè)計揚程、最大揚程分別為：

H設(shè)計＝ 2．04 － 1．04+1．00 ＝ 2．00m；

H最大＝ 2．34 －（0．24）+1．00 ＝ 3．10m。

根據(jù)以上設(shè)計參數(shù)及機組臺數(shù)，初步選擇型號為2600QG-2．0/25型潛水貫流泵，葉輪直徑2600mm，轉(zhuǎn)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(chǎn)品，屬臥式安裝的軸流泵，采用潛水電機、行星齒輪傳動技術(shù)，適用于揚程在5m以下的泵站，其最大的特點是土建結(jié)構(gòu)簡單、機電設(shè)備投資少、流道效率高。立式軸流泵為傳統(tǒng)排澇泵型，電機與水泵分離安裝，具有技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的特點。兩種泵型的設(shè)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(xiàn)從以下幾個方面對這兩種泵型進行技術(shù)經(jīng)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(shù)實現(xiàn)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(shù)實現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單，投資省。立式軸流泵可采用“X”型流道實現(xiàn)雙向抽水，但其流道效率比常規(guī)鐘型或肘型流道低很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比常規(guī)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(jié)構(gòu)，檢修時只需用廠房內(nèi)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(jié)構(gòu)龐大，關(guān)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(shè)備投資角度分析，6臺葉輪直徑為2600mm的立式軸流泵（含調(diào)節(jié)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(jié)省約320萬元。

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

（6）從技術(shù)成熟角度分析，立式軸流泵在國內(nèi)排澇泵站中應(yīng)用廣泛，是常見的泵型，技術(shù)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(jié)構(gòu)簡單、投資省，應(yīng)用在低揚程、大流量的泵站中，相對立式軸流泵的優(yōu)勢明顯。

綜合比較兩種泵型的優(yōu)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(shè)備投資節(jié)省，相對立式軸流泵的優(yōu)勢明顯。

3 結(jié)語

白石涌外排泵站工程的建設(shè)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(tǒng)泵站相比，節(jié)約資金4000萬元。工程投產(chǎn)以來，經(jīng)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(huán)內(nèi)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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2001 , 29(2):50～ 53．

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