對(duì)大型排澇站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1、對(duì)大型排澇站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析 對(duì)大型排澇站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析 摘 要：該排澇站為大流量低揚(yáng)程泵站，通過(guò)對(duì)一些重大技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入研究比擬，提出了選用大型斜式軸流泵的水泵設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞：排澇站；水泵選型；總布置 中圖分類號(hào)：X937 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1 工程概況 新建排澇站位于廣東省惠州市惠城區(qū)西枝江下游末端、西枝江與新開(kāi)河交匯處，排澇站功能是排除筷子堤倉(cāng)內(nèi)澇水，控制集雨面積為82.96km2，排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇24h暴雨所產(chǎn)生的徑流量1d排干。排澇站設(shè)計(jì)總排澇流量為139.25m3/s，總裝機(jī)容量為6×1000kW，泵站規(guī)模為大2型。泵站由引水渠、進(jìn)水池、泵房、出水池幾局部組成。泵房?jī)?nèi)

2、布置6臺(tái)斜15安裝半調(diào)節(jié)軸流泵，每臺(tái)水泵設(shè)計(jì)流量為23.2m3/s，葉輪直徑為2.8m。水泵由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速齒輪箱傳遞功率，減速齒輪箱采用一級(jí)傳動(dòng)的平行軸齒輪箱。 2 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 此排澇站設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有：機(jī)組選型。排澇站的設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為0.81m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為1.98m，最高揚(yáng)程為4.36m，為典型的大流量超低揚(yáng)程排澇站，選型時(shí)圍繞此特點(diǎn)進(jìn)行；總體布置，包括比照堤身式和堤后式的優(yōu)缺點(diǎn)、具體布置方案等。 3 機(jī)組選型 適應(yīng)本泵站特低揚(yáng)程可供選用的水泵型式主要有貫流泵、臥式軸流泵和斜式軸流泵。雖然貫流泵在特低揚(yáng)程時(shí)的水力性能很好，但由于水泵制造技術(shù)要求高，機(jī)組造價(jià)高，運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)缺乏，機(jī)組維修麻煩，目前

3、大口徑貫流泵在國(guó)內(nèi)很少使用。 臥式軸流泵，其水流在立體上無(wú)轉(zhuǎn)彎，在平面上出水流道呈S形彎曲，導(dǎo)致在一定程度上增加了流道水力損失。同時(shí)，臥式軸流泵的電機(jī)需布置在S形彎曲處，空間狹窄，低轉(zhuǎn)速大容量電機(jī)無(wú)法布置，因此，臥式軸流泵單泵口徑不宜做得太大，據(jù)國(guó)內(nèi)知名水泵廠提供的業(yè)績(jī)，臥式軸流泵最大口徑為1.7m.本泵站設(shè)計(jì)流量大，如選用臥式軸流泵，機(jī)組臺(tái)數(shù)過(guò)多，投資不經(jīng)濟(jì)，泵站效率也會(huì)降低。 斜式軸流泵在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已有近20年，目前在長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等平原地區(qū)低揚(yáng)程泵站用得較多，其主要優(yōu)點(diǎn)歸納起來(lái)有4點(diǎn)： 3.1 水流平穩(wěn)，裝置效率高。斜式軸流泵水流可以直接進(jìn)入水泵葉輪，減少了立體和平面拐彎，彎曲半徑

4、也增加，流速分布更加均勻，水流平穩(wěn)，既提高了效率又改善運(yùn)行穩(wěn)定性。以順德市樂(lè)從鎮(zhèn)逕口二站為例，該站選用4臺(tái)斜30安裝半調(diào)節(jié)軸流泵，葉輪直徑為1.8m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，效率到達(dá)67%，效率提高12%，流量也比設(shè)計(jì)提高15%，振動(dòng)也明顯減少。再比方浙江鹽官下河泵站，該站選用4臺(tái)斜15安裝全調(diào)節(jié)軸流泵，葉輪直徑為3.8m，經(jīng)河海大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，泵站效率為72%。 3.2 開(kāi)挖量減少：由于流道中心與葉輪軸線一致，開(kāi)挖只要滿足葉輪的淹沒(méi)深度就可以，立式泵的底板一般在葉輪中心2倍直徑以下，要挖得很深，以順德市樂(lè)從鎮(zhèn)逕口二站為例，該站水泵葉輪直徑為1.8m，如果立式泵要挖至-5.8m，而斜30泵只需到-3.5m，

5、土方開(kāi)挖減少14%，填方減少10%，既減少造價(jià)，運(yùn)行時(shí)又不易淤積。 3.3 根底應(yīng)力變得更加均勻：電機(jī)和水泵是分開(kāi)壓在根底底板上的，不象立式泵那樣集中壓在一處，從而減輕了根底處理的難度，日后也不易發(fā)生不均勻沉陷。 3.4 安裝檢修方便：斜式泵從進(jìn)水錐管、動(dòng)葉外圈、導(dǎo)葉體、出水彎管均設(shè)計(jì)成上下剖分結(jié)構(gòu)，當(dāng)拆去泵的上半部殼體后，泵的轉(zhuǎn)子部件即可裝入或拆去，當(dāng)需要改變?nèi)~片角度時(shí)，在停機(jī)情況下，可通過(guò)改變泵葉片定位銷孔的位置，重新固定，并擰緊葉片螺母即可。同時(shí)，電機(jī)與水泵不在同一立面，不用挪動(dòng)電機(jī)就能拆卸水泵，安裝檢修就變得十分方便，特別是運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)故障要緊急搶修水泵，可以減少一半的工作量。以浙江鹽

6、官下河泵站為例，該站更換水導(dǎo)軸承從關(guān)閉檢修閘門抽水開(kāi)始，僅需12d，即使大修大軸、轉(zhuǎn)子體、軸承部件的拆裝，在預(yù)先做好準(zhǔn)備的情況下，也只需1周的時(shí)間，這在立軸泵是不可能的。 綜上所述，斜式軸流泵具有良好的水力性能，以及較經(jīng)濟(jì)的土建投資和方便的安裝檢修性。這些優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)已有斜式泵機(jī)組的泵站設(shè)計(jì)、制造、使用中得到初步的肯定。因此，本泵站推薦選用斜式軸流泵。 斜式軸流泵典型安裝角度一般采用15°、30°或45°。在選擇安裝角度時(shí)，應(yīng)在滿足方便出水流道、電機(jī)布置的前提下，盡量選擇較小的安裝角度，以便減小水流拐彎，提高泵站效率。排澇站采用肘形漸擴(kuò)式出水流道，電機(jī)通過(guò)減速器與水

7、泵軸聯(lián)接，電機(jī)體積小，布置空間不受限制，因此，水泵采用15°小角度安裝。 4 排澇站布置型式的選擇 進(jìn)行排澇站型式選擇時(shí)，對(duì)堤后式和堤身式兩種結(jié)構(gòu)型式加以比擬，擇優(yōu)取用。 41 堤后式方案 該段新建堤防頂寬12m，堤頂高程19.82m已加30cm高的防浪墻，背水坡坡度為1:2.5，占地寬10m，堤內(nèi)坡腳向內(nèi)依次是24m寬的市政道路，路面高程為15.53m，綠化帶寬10m，其后為建筑紅線?？紤]泵站出水箱涵上裝有拍門的進(jìn)人孔，有巡視檢修要求，宜預(yù)留5m寬的通道，因此泵房反面墻邊應(yīng)建在離堤中心線至少56m處。根據(jù)泵房布置計(jì)算，主、副廠房總寬為31.8m，長(zhǎng)51.1m，占地面積為1337m2

8、。建筑面積1885m2。廠房上游進(jìn)水流道為6孔5.8m×8.8m箱涵，箱涵長(zhǎng)15m。出水流道總長(zhǎng)102.3m，其中廠房?jī)?nèi)鋼筋混凝土圓管段直徑為2.4m3.6m，長(zhǎng)20.5m，鋼筋混凝土箱涵段為3孔7.5m×4.5m，長(zhǎng)81.8m。在圓管段安裝浮箱拍門，在箱涵末端安裝了防洪工作閘門及配套的啟閉機(jī)室。 42 堤身式方案 堤身式是將引水箱涵穿越綠化帶、公路和堤防，在堤外的灘地上興建泵房。泵房?jī)蓚?cè)翼墻與堤防相接。泵房直接擋水。堤身式泵站將副廠房布置在主廠房的下游側(cè)，為兩跨框架結(jié)構(gòu)，廠房總長(zhǎng)51.1m，寬28m。占地面積為1430m2，建筑面積2146m2。引水箱涵為6孔5.8m&#

9、215;8.0m，長(zhǎng)66m。出水流道總長(zhǎng)46.3m，其中鋼筋混凝土圓管段直徑為2.4m3.6m，長(zhǎng)20.5m，鋼筋混凝土箱涵段為3孔7.5m×4.5m，長(zhǎng)24.8m。在直管段安裝浮箱拍門，在箱涵末端安裝防洪工作閘門及配套的啟閉機(jī)室。 43 方案比擬 4.3.1 地形條件：堤身式泵房占據(jù)外江灘地假設(shè)不設(shè)置導(dǎo)墻，那么水泵出水口水流紊亂，輕者影響水泵的出力和效率，重那么造成水泵振動(dòng)損傷，危及水泵的平安運(yùn)行。如設(shè)置導(dǎo)墻，雖然可減輕水流紊動(dòng)對(duì)水泵的不利影響，但也會(huì)影響西枝江行洪。泵房假設(shè)建在堤身，管養(yǎng)房必須建在綠化帶以內(nèi)，增大了運(yùn)行管理難度。另外堤身式泵站會(huì)使堤防在泵站處間斷，不利于堤防管理和

10、綠化。而堤后式泵站那么無(wú)此類問(wèn)題。 4.3.2 工程地質(zhì)條件：根據(jù)地質(zhì)勘察資料得知，泵房處地基為粉質(zhì)粘土，滲透性較弱，對(duì)泵房的滲透穩(wěn)定影響不大。主要是浮托力對(duì)泵站的影響較大，當(dāng)泵站進(jìn)水池最低水位為11.8m，西枝江百年一遇的洪水位18.85m，其水頭差加平安超高達(dá)8.05m。泵房底面積為1430m2，由于巨大的浮托力和傾覆力作用，為使泵房滿足穩(wěn)定要求，將增加很大的投資。而堤后式泵站不直接擋水，浮托力相對(duì)很小，泵房很容易滿足穩(wěn)定要求，相對(duì)堤身式而言，泵房會(huì)輕巧許多。 4.3.3 施工條件：堤身式泵站的建設(shè)需要破堤，需建防洪圍堰進(jìn)行施工。由于泵站容量較大，水下局部的施工約需14個(gè)月時(shí)間，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

11、定：施工洪水應(yīng)按20年一遇枯水期洪水位設(shè)計(jì)，圍堰堤頂高程筑至17.0m。即外江圍堰長(zhǎng)度至少要到達(dá)350m，高6m。內(nèi)河圍堰長(zhǎng)200m，高2.5m。土包圍堰方量為19050m3，圍堰長(zhǎng)而高。特別在汛期，基坑抽排水量大，揚(yáng)程高。而堤內(nèi)式泵站，只需將穿堤局部的箱涵及啟閉機(jī)室，采用填筑圍堰施工。施工期僅需4個(gè)月，施工洪水可按枯水期20年一遇設(shè)計(jì)，圍堰堰頂高程筑至13.5m，可利用河灘地形較高的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需填筑圍堰，基坑也只有少量積水。堤后式優(yōu)于堤身式。 綜上所述，堤后式泵站水力條件，泵房工程量小，施工難度小，臨時(shí)工程投資少，運(yùn)行管理方便，環(huán)境優(yōu)雅，作為推薦方案。 5 總體布置 排澇站建筑物包括進(jìn)水池、泵

12、房、出水管道、防洪閘等。 進(jìn)水池為正面進(jìn)水，進(jìn)水池上游為規(guī)劃公園中的人工湖，進(jìn)水池底高程為6.07m，進(jìn)水池寬45.3m，單機(jī)進(jìn)水流道凈寬為5.8m。由于肘型進(jìn)水流道是逐漸收縮的，流道內(nèi)的水流狀態(tài)較好，水力損失較小，水泵進(jìn)口采用肘型進(jìn)水流道，在進(jìn)水池處設(shè)電動(dòng)清污機(jī)，肘形進(jìn)口前設(shè)一道鋼格柵，清污機(jī)和鋼格柵之間設(shè)檢修閘門槽，并設(shè)置一扇檢修閘門。 泵房為堤內(nèi)式，布置在堤下建筑紅線以外6m處，泵房軸線平行于文頭嶺堤中心線，泵房四周留5m寬的巡視、檢修通道。泵房布置分為主、副廠房，主廠房分為流道層、水泵層、安裝檢修層，并安裝了QD20/5型吊鉤橋式起重機(jī)。啟吊件最大長(zhǎng)度為8m，最大重量小于20t。主廠房

13、長(zhǎng)51.1m，寬21m，在檢修間下面的流道層設(shè)有集水池，通過(guò)300鋼管與各水泵進(jìn)水流道最低點(diǎn)相連。副廠房均為三層，主廠房的上游側(cè)副廠房為油、氣、水系統(tǒng)，值班、辦公室。下游側(cè)副廠房為電氣一、二次系統(tǒng)，中控室。各層間通過(guò)樓梯和通道連接，水泵型號(hào)為2400ZXB-2.5斜式軸流泵。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為TXZ1000-32/2600，水泵主軸與地面成30°夾角。機(jī)組沿軸長(zhǎng)方向的總長(zhǎng)度為14.6m，安裝后的水平長(zhǎng)度為12.6m。 水泵出水采取圓管式出水。排澇站處外江最高水位為18.85m，最低運(yùn)行水位為11.8m。考慮水力損失和平安超高等因素，下游水位變幅達(dá)8.9m，加之泵站為堤內(nèi)式，流道長(zhǎng)，很難形成虹吸或形成虹吸時(shí)間需要很長(zhǎng)，不利于水泵的平安運(yùn)行，因此出水流道型式選擇直管式。根據(jù)水泵運(yùn)行平穩(wěn)、關(guān)閉可靠、投資節(jié)省的原那么，出水流道有20.5m的鋼筋混凝土圓管和81.8m混凝土箱涵組成。水流過(guò)拍門后通過(guò)3×7.5m×4.5m(孔數(shù)×寬×高)壓力箱涵采取兩臺(tái)機(jī)共一個(gè)出水流道。 為保護(hù)機(jī)組平安，各泵站設(shè)置拍門斷流，在箱涵的外江出水口設(shè)防洪工作閘門。圓管尾端接DN3600浮箱拍門，因水泵口徑大，單機(jī)流量大，為增大開(kāi)啟角，減輕水頭損失和拍門撞擊力，拍門采用雙節(jié)浮箱式。閘門采用平板滑動(dòng)鋼閘門，尺