泵站工程設計中幾個問題的探討

泵站工程也稱提水工程,是通過消耗一定能量把水量提升到一定高度或輸送一定距離,在工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 和人民日常生活中十分常見並越來越受到重視。

泵站工程按任務分類,可以劃分為(wei) :供水泵站排水泵站、調水泵站、加壓泵站、蓄能泵站;按水泵類型分類,可以劃分為(wei) :離心泵站、軸流泵站、混流泵站;按動力分類,可以劃分為(wei) :電動泵站、機動泵站水輪泵站、風力泵站、太陽能泵站等”。

20世紀60年代以來,世界各國的泵站工程發展很快,由於(yu) 工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 的需要,我國的泵站工程也得到了迅速的發展,這些泵站的實施為(wei) 抗禦旱澇災害發展農(nong) 業(ye) 生產(chan) 、改變農(nong) 村麵貌發揮了重要作用。近年來,隨著我國水資源配置的優(you) 化,跨流域調水工程在我國迅速發展。引灤入津、南水北調、引黃濟青東(dong) 深供水等工程都建設了不同型式、不同流量的泵站,在調水工程中發揮著重要的作用。

為(wei) 使泵站更好地發揮作用、提高泵站運行管理的自動化水平,在工程設計中需要不斷優(you) 化設計方案選取安全可靠、經濟合理、高效節能、信息化完備的方案。因此,需要深入研究優(you) 化解決(jue) 泵站選址、工程布置、水泵選型、廠區設計、信息化建設等方麵的問題2 泵站選址

泵站站址的選取,是泵站設計中首先要考慮的問題。站址的選擇,應根據灌溉、排水、工業(ye) 級城鎮供水規劃、泵站規模、運行特點和綜合利用要求,考地形、地質、水源或承泄區、電源、樞紐布置、對外交通、占地、拆遷、施工、環境、管理等因素及擴建的可能性,經技術經濟比較選定叫。

2.1 灌溉泵站站址的選取

灌溉泵站站址一般選擇在提水灌溉範圍便於(yu) 控製、輸水係統布置簡單、造價(jia) 經濟的地點。泵站取水口宜選擇在主流穩定靠岸,能保證引水,有利於(yu) 防洪、防潮、防沙、防冰及防汙的河段。從(cong) 水庫取水的灌溉泵站,站址應根據灌區與(yu) 水庫的相對位置地質條件和水庫水位變化情況,選擇在岸坡穩定靠近灌區,取水方便,不受或少受泥沙淤積、冰凍影響的地點。

2.2 排水泵站站址的選取

以排澇為(wei) 主的排水泵站,站址應選在排水區的最低處,與(yu) 自然匯流相適應,盡可能靠近河岸且外河水位較低的地段,以便降低排水揚程,減少裝機容量和電能消耗。防洪保護區的排水泵站站址宜選擇在防洪控製線附近;潮沙河口排水泵站站址宜選擇在岸線和岸坡穩定且站址泓灘衝(chong) 淤變化較小的河口附近。

很多排水泵站位於(yu) 兩(liang) 級河道交口,需要將內(nei) 河的澇水排泄到外河,以保證低內(nei) 河河道兩(liang) 岸的排水安全,避免土地浸泡及人民群眾(zhong) 財產(chan) 損失。從(cong) 排水順暢的角度,河口泵站跨河布置,往往進水、出水為(wei) 直線型,排水較為(wei) 順暢,水泵使用效率更高。隨著近年來人們(men) 對生活環境要求的提高、城鎮景觀建設的需要,也常將河口泵站建設在河道一側(ce) ,在河道交口建設節製閘。泵站側(ce) 向布置,可以減少對河道的占用,較大程度地保留河道水麵麵積,並為(wei) 河道間連通、通航留有建設空間。

2.3 供水泵站站址的選取

供水泵站站址宜選擇在受水區上遊、河床穩定水源可靠、水質良好、取水方便的河段。3 工程布置

泵站工程的組成包括泵房、進水建築物(站前閘、引渠、前池和進水池等)和出水建築物(出水管道、出水池或壓力水箱等)專(zhuan) 用變電站、其他建築物和工程管理用房、職工住房、內(nei) 外交通、通信以及其他管理維護設施等曰。

取水泵站布置一般分為(wei) 引水式和岸邊式2種當水源與(yu) 出水池之間距離較遠、站址地勢平坦時,采用引水式布置,利用引渠將水源引至泵房前,泵房接近出水池,可以縮短出水管道的長度。當出水池靠近水源,常采用岸邊式泵站布置形式,將泵站建在水源的岸邊,直接從(cong) 水源取水。

排水泵站建於(yu) 沿江、濱湖和平原地區的低窪地帶,雨季澇水不能自流排出,必須提排才能避免或減輕澇災的地方。設計過程中,應注意暴雨曆時短、水量大的特點,充分利用內(nei) 外水高程差自流排水,根據河、湖、溝、渠等的調蓄容積,合理確定泵站裝機功率。排水泵站在整個(ge) 使用期間的運行時間較短,應盡量使其兼做排澇、排漬、灌溉等功能,提高設備利用率,充分發揮工程的綜合效益。

根據泵站使用情況,往往在泵站進口設置站前閘,出口設置出口閘。排水泵站主要用於(yu) 汛期排出暴雨產(chan) 生的澇水,在較大暴雨強度下人河、入湖澇水往往攜帶較多汙物,大量汙物會(hui) 降低排水泵站水泵使用效率甚至損壞水泵,為(wei) 此常在排水泵站站前閘位置設置清汙設施,力求將澇水攜帶的汙物攔截在前池上遊、不進人水泵內(nei) ,減少對水泵的損壞,以保證泵站的正常使用。澇水由內(nei) 河排向外河,此時的外河往往承接多條河道來水或為(wei) 行洪河道、正在高水位運行,排水泵站停止排水後,需要防止外河河水倒灌,為(wei) 此在排水泵站出口一般設出口閘,防止外河河水倒灌進人內(nei) 河。

以排水泵站為(wei) 例,泵站工程按順水流方向一般布置有引渠、站前閘(含清汙設施)、前池、進水池、泵房、出水管道、出水池、穿堤管道、出口閘等,如圖1所示。

為(wei) 減少泵站電能消耗,在排水泵站設計中常設置自流道。設置自流道,可以充分利用內(nei) 外河水位差自流排水,減少泵站提排時間,節能降耗。在非汛期,自流道的設置,還可以在外河水位高、內(nei) 河水位低的情況下自流引外河水進入內(nei) 河,滿足內(nei) 河景觀，換水及灌溉需求。

自排與(yu) 抽排結合是排水泵站的最佳布置形式，自流道布置分為(wei) 分建式、合建式。自流道與(yu) 泵站分建,自流道排水閘與(yu) 泵站出口閘各自獨立,自流道與(yu) 泵站之間幹擾較小,這種布置形式適用於(yu) 原先已建有排水閘、單靠自流排水不能解決(jue) 內(nei) 澇問題、需要建設泵站在自流道排水閘關(guan) 閘期間排水的情況。自流道與(yu) 泵站合建,工程布置緊湊、投資較省,適用於(yu) 工程建設受占地製約的情況,如圖1所示,且為(wei) 節省占地,自流道為(wei) 埋地管道,管道上部可建設廠區道路或進行綠化、改善廠區環境。

4 水泵選擇

水泵是泵站工程的核心設備。在城鎮及工業(ye) 企業(ye) 的給水排水工程中,大量使用的水泵是葉片式水泵"。葉片式泵分為(wei) 離心泵、軸流泵和混流泵。

4.1 離心泵

在城鎮及工業(ye) 農(nong) 業(ye) 的給水排水工程中,離心泵的使用最為(wei) 普遍。單級單吸離心泵的特點是揚程較高,流量較小,結構簡單,維修容易,體(ti) 積小,重量輕,移動方便;泵進口直徑為(wei) 50~200 mm,流量常小於(yu) 0.1 m's,揚程為(wei) 5~125 m。單級雙吸離心泵的特點是揚程較高,流量較大;泵進口直徑為(wei) 150~1400mm，流量為(wei) 0.05~5 m%s,揚程為(wei) 12~125 m。分段式多級離心泵的特點是流量小,揚程高,揚程可根據使用需要,通過選用的葉輪級數來達到:水泵流量一般小於(yu) 0.125 m's,揚程為(wei) 17.5~600 m。

4.2 軸流泵

軸流泵的特點是揚程較低、流量較大。立式軸流泵結構簡單,外形尺寸小,占地麵積小,泵房較小。立式軸流泵葉輪安裝在進水池最低水位以下,啟動方便。軸流泵葉輪的葉片可以調節,使用工況發生變化時,隻要改變葉片角度,就可改變泵的性能。中、小型軸流泵進口直徑為(wei) 150~1400 mm,流量為(wei) 0.1~5 m/s,揚程為(wei) 2~21m.適用於(yu) 平原地區的灌溉和排澇。

4.3 混流泵

混流泵的特點是流量比離心泵大,但比軸流泵小;揚程比離心泵低,但較軸流泵高;泵的效率高且高效區較寬廣;抗氣蝕性能好,運行平穩。混流泵兼有離心泵和軸流泵的優(you) 點,廣泛應用於(yu) 平原地區、丘陵山區的灌溉與(yu) 排澇。泵進口直徑為(wei) 50~900mm，流量在 1.7 m/s以內(nei) ,揚程範圍為(wei) 2~25 m。

隨著水泵製造水平的提高,各種類型的水泵尺寸還在不斷變化,適應的流量及揚程範圍也在不斷調整中。

離心泵、軸流泵和混流泵在適用流量、適用揚程上有不少交叉的空間,同一適用條件可能會(hui) 有一種或幾種水泵型式的選擇。為(wei) 此,水泵型式的選擇需要在滿足使用功能的前提下,根據使用可靠性、檢修便捷性、占地麵積限製性、景觀協調性、工程投資等因素綜合考慮確定。目前,在北方平原地區,立式軸流泵、潛水軸流泵因其安裝維修簡便、投資適中、運行可靠等優(you) 勢在排水泵站中被廣泛使用。5 廠區設計

泵站是水利工程中的重要建築物,泵站工程往往需要配備變配電室、固定管理人員及管理用房。泵站的廠區是泵站工程所在的、包含泵站工程所需設備和房屋的固定區域。泵站廠區的布置需要根據泵站的工程布置確定,同時兼顧廠區對外交通、泵站運行管理等因素。

泵站廠區除了包括泵站主體(ti) 工程外,還包括主廠房(潛水泵可不設)變配電室、管理用房、倉(cang) 庫等地上配套建築物。各地上建築物之間的距離,應滿足廠區防火及交通道路布置要求。建築物周邊及廠區道路兩(liang) 側(ce) 可進行綠化種植,通過不同植株的高低搭配達到美化環境、淨化空氣的效果。

泵站的變配電室一般靠近水泵設備布置,以減少供電電纜長度,節省工程投資。管理用房、倉(cang) 庫可以合並布置,減少地上建築物數量。為(wei) 管理方便,在廠區主人口一般設門衛室,便於(yu) 進出廠區人員管理。

泵站廠區高程的選取,是泵站工程設計中十分重要的內(nei) 容。廠區高程要與(yu) 泵站電機層高程相協調,為(wei) 避免廠區內(nei) 雨澇水進入電機層影響水泵運行，且考慮檢修車輛由廠區進人電機層方便,廠區高程低於(yu) 電機層高程以0.2~0.5 m為(wei) 宜。另外，廠區高程應結合廠區周邊交通道路高程確定。泵站的設備維修、清汙設備的汙物外運往往需要較大車輛進出二區,廠區高程選擇宜與(yu) 外部道路盡量減小高差,使進廠道路坡度較小,便於(yu) 通行。

6 信息化建設

近年來,隨著我國工農(nong) 業(ye) 及社會(hui) 發展的需要,許多大中型泵站陸續建成投人使用。機組容量的不斷增大、使用對象重要性的提高,對泵站工程的運行安全、信息化建設提出了更高的要求。為(wei) 保證工程安全、穩定和經濟運行,降低工作人員勞動強度,提高自動化管理水平及運行效率，一般在泵站內(nei) 設置計算機監控係統、安防係統、綜合布線係統等。

6.1 計算機監控係統

泵站計算機監控係統的監控範圍主要包括變電站、高低壓配電係統、主機設備、輔機設備,啟閉機等設備以及壓力、水位等重要數據。監控係統采用計算機與(yu) PIC相結合的監控技術,分設主控層和現地控製單元(LCU)。泵站內(nei) 部建立光纖工業(ye) 以太網以計算機網絡通信方式構架主控層、現地控製單元之間的聯絡。主控層以服務器作為(wei) 監控中樞，下級為(wei) 現地控製單元級,設集中LCU控製櫃、閘門LCU櫃等。泵站主控層負責整個(ge) 泵站的監視、控製和調節,並實現從(cong) 各LCU和外部子係統采集數據、數據歸檔、事件記錄與(yu) 歸檔、生產(chan) 報表、繪製趨勢曲線和語音報警功能。

6.2 安防係統

安防係統配置綜合管理平台及安防主機,通過協議轉換網關(guan) ,將火災自動報警係統、視頻監控係統危險探測係統、廠區人侵監測係統等子係統接入安防綜合管理平台,實現基於(yu) 平台的統一顯示、統一有儲(chu) 、統一操作、統一查詢、統一管理等功能。通過平台係統軟件進行集中管理和監控,拓展各安防技術子係統的應用範圍,實現各子係統的聯動、協調工作增強安防防控能力,提高安全管理工作效率及水平。

6.3綜合布線係統

在泵站主廠房、變配電室、管理用房配置綜合布線係統,設置配線架,將監控係統、安防係統等線纜進行綜合配線。在廠區配置廠區綜合布線係統,在進出建築物設置檢修人孔,各轉角及管道匯接處設置檢修手孔,各檢修孔之間采用鋼管及格柵管布線，實現係統間通信。

各泵站工程的信息化建設,需要考慮與(yu) 區域智慧水務平台的兼容性,按照水利網信發展要求,具備將泵站信息上傳(chuan) 到更高級水務平台的功能,實現水務空間數據資源和空間服務平台的共享共建。7 結語

泵站是水利工程的重要組成部分,深入研究泵站選址、優(you) 化泵站布置、合理選擇水泵型式會(hui) 使泵站布局更加合理、使用效率更高、能源消耗更少。優(you) 化泵站廠區內(nei) 各建築物布局,不僅(jin) 能減少工程投資,還可以使泵站的運行管理更加方便。信息化建設是現階段及未來泵站工程的重要建設內(nei) 容,可以提高泵站自動化運行水平,為(wei) 區域智慧水務平台建設提供基礎數據,實現區域水利設施聯合調度