某大型原水取水泵房設(shè)計(jì)總結(jié)

■田偉峰 ■中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610081

泵房是給水處理系統(tǒng)中的重要組成部分，按泵房在給水系統(tǒng)中的作用可分為水源井泵房、取水泵房、送水泵房、中途加壓泵房等。其中取水泵房又叫一級(jí)泵房，一般緊鄰水源設(shè)置，有地面式和地下式等多種形式。取水泵房的布置方案要從取水的安全可靠性、水泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、以及日常運(yùn)行管理便利性等方面綜合考慮，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

成都地區(qū)某原水取水泵房總設(shè)計(jì)規(guī)模70 萬m3/d，分兩期實(shí)施，一期工程規(guī)模30 萬m3/d，設(shè)4 臺(tái)單級(jí)雙吸臥式中開離心泵，3 用1 備;二期再增加4 臺(tái)水泵，總規(guī)模達(dá)到70 萬m3/d。目前一期工程已建成，運(yùn)行良好。下面就設(shè)計(jì)過程中的體會(huì)作幾點(diǎn)總結(jié)。

1.水泵的選型

水泵選型的主要原則:一、應(yīng)滿足泵站運(yùn)行的各種工況下設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程的要求，二、正常工況下水泵應(yīng)在高效區(qū)間內(nèi)運(yùn)行。三、盡可能選用同型號(hào)水泵，或揚(yáng)程相近流量大小搭配的泵。本次取水泵房近期供水規(guī)模30 萬m3/d，設(shè)計(jì)選用4 臺(tái)離心泵(3 用1 備)，單臺(tái)水泵流量10 萬m3/d;水泵有兩種運(yùn)行工況:正常工況下原水來自切換井時(shí)，水泵揚(yáng)程H=18m;事故工況下原水來自調(diào)節(jié)水池時(shí)，水泵揚(yáng)程H≤29m，即水泵揚(yáng)程為H=18～29m。由于本工程水泵揚(yáng)程變化較大，無法滿足各種工況都完全運(yùn)行在高效區(qū)間?？紤]水泵采用變頻供水方式，最不利工況下Q=4583m3/d，H=29m，效率=91.1%。，正常工況下(Q=4583m3/d，H=18m)變頻運(yùn)行，水泵效率89%。

圖1 水泵選型曲線圖

2 泵房布置

2.1 平面布置

一般來說對(duì)于水位變化幅度較大的取水泵房，土建造價(jià)很大，采用圓形泵房比較經(jīng)濟(jì)，布置緊湊，因此本次采用圓形取水泵房。單級(jí)雙吸中開式離心泵通常有臥式安裝和立式安裝兩種方式。具體詳下圖2。

本次工程對(duì)水泵臥式安裝和立式安裝兩種布置方式進(jìn)行了比較，詳下面表1。

表1 水泵兩種布置方式比較

圖2 單級(jí)雙吸中開式離心泵的兩種安裝方式

泵房布置方案的選擇應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)及運(yùn)行管理方面綜合考慮。本工程最后征求業(yè)主運(yùn)行管理方的意見，最終泵房選擇臥式安裝布置方式。

2.2 水泵安裝高度

離心水泵啟動(dòng)前的充水方式有自灌式和非自灌式兩種。大型水泵、啟動(dòng)要求迅速的水泵和供水安全要求高的泵房，推薦使用自灌式充水。因此本工程水泵采用自灌式啟動(dòng)方式。

其中Zs—泵軸中心與吸水處水面高差;Hs，—根據(jù)實(shí)際工況修正后的允許吸上真空高度;

v1—水泵入口處流速;hs—吸水管路沿程和局部損失之和。

本次工程海拔高度490m，地面水最高溫度按20℃計(jì)算，得修正后的允許吸上真空高度=0.56m，經(jīng)整理計(jì)算hs=4.52m，代入計(jì)算得水泵安裝高度Zs≤0.99m，則泵軸中心安裝高度應(yīng)小于等于490.99m。

3 水泵出水管路止回閥的選擇

為防止停泵后管道系統(tǒng)中水的倒流引起水泵高速倒轉(zhuǎn)，在水泵出口處必須安裝止回閥;在管道系統(tǒng)中，由于流速的劇烈變化而引起的一系列劇烈的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象，成為水錘(又叫水擊)，若止回閥瞬時(shí)關(guān)閉會(huì)產(chǎn)生危及及出水管路的水錘事故，因此需要另設(shè)置水錘消除裝置，消除破壞性水錘，保障管道安全運(yùn)行。因此水泵出水管路止回閥的選擇至關(guān)重要，否則會(huì)帶來巨大危害。

目前常用的止回閥主要有靜音式止回閥、多功能水泵控制閥、蝶式微阻緩閉止回閥等幾種類型。

靜音止回閥該閥由閥體、閥座、導(dǎo)流體、閥瓣、軸瓦及彈簧等零件組成。內(nèi)部流道采用流線型設(shè)計(jì)，壓力損失小閥瓣啟閉行程很短，停泵時(shí)可快速關(guān)閉，防止巨大的水擊聲，形成靜音效果。但根據(jù)大量工程實(shí)例，出水管路止回閥關(guān)閉過快容易引起停泵水錘，可能對(duì)出水管路及設(shè)備造成巨大破壞。另外靜音式止回閥在水中泥沙含量大容易堵塞，因此靜音式止回閥不適用于本次原水取水工程。

多功能水泵控制閥融閘閥、止回閥、水錘消除器三種功能于一體。水泵啟動(dòng)和停泵時(shí)，利用閥門兩端的水及壓力差進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制主閥，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開泵時(shí)緩開、停泵時(shí)緩閉。與其他止回閥相比，多功能水泵控制閥水頭損失較大，且運(yùn)行中有反映其在停泵時(shí)快關(guān)速度過于緩慢，快關(guān)時(shí)出水管道大量水倒流，引起水泵倒轉(zhuǎn)，造成葉輪松動(dòng)乃至損壞水泵。另外根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，由于多功能水泵控制閥旁通控制管路管徑較小，輸送原水時(shí)水中泥沙含量大容易形成堵塞，影響閥門正常啟閉。因此本次工程不推薦使用多功能水泵控制閥。

蝶式微阻緩閉止回閥采用斜盤式大偏心設(shè)計(jì)，雙偏心結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)動(dòng)態(tài)性好，開啟壓力低(《=0.08Mpa)，流阻小，振動(dòng)小，無需重錘，節(jié)能效果明顯。同時(shí)設(shè)有分級(jí)式緩沖油缸，可實(shí)現(xiàn)兩段式關(guān)閉。即在關(guān)閉時(shí)先快關(guān)80%～90%，再緩管10%～15%，緩關(guān)時(shí)間可調(diào)，可更好達(dá)到消除水錘的效果，保證管道安全運(yùn)行。與升降式、旋啟式止回閥相比，流阻小，節(jié)能效果較好。且適應(yīng)原水泥沙含量大的工況，本次工程推薦使用蝶式微阻緩閉止回閥。

4 原水泵房通風(fēng)設(shè)計(jì)

泵房設(shè)計(jì)必須考慮良好的通風(fēng)措施。常見的通風(fēng)方式有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種，大型及埋設(shè)較深地下式泵房考慮采用機(jī)械方式通風(fēng)。目前工程設(shè)計(jì)中普遍采用換氣次數(shù)方法計(jì)算通風(fēng)量;根據(jù)查閱的資料，泵房通風(fēng)換氣次數(shù)一般取8～12 次/h。本工程采用軸流風(fēng)機(jī)，通風(fēng)次數(shù)取8 次，選用2 臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，單臺(tái)Q=44000m3/h，N=7.5Kw，通風(fēng)管道采用玻璃鋼風(fēng)管，直徑1000mm，風(fēng)管下端設(shè)百葉出風(fēng)口。

5 吊車的選擇

圓形泵房布置緊湊，普通的單梁懸掛和橋式吊車無法滿足檢修要求，本次設(shè)計(jì)采用電動(dòng)環(huán)形軌道起重機(jī)。環(huán)形軌道起重機(jī)驅(qū)動(dòng)采用對(duì)角布置，工作時(shí)端梁裝置沿環(huán)形軌道運(yùn)行，使主梁以其跨度中心為圓心做旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，作業(yè)面積為圓形覆蓋面積，工作盲區(qū)最小。相關(guān)工程實(shí)例證明，環(huán)形軌道起重機(jī)設(shè)置在大型圓形泵房中進(jìn)行水泵設(shè)備起吊檢修是合適的。

6 結(jié)論

根據(jù)泵房的實(shí)際運(yùn)行情況，得知本次水泵選型、泵房布置及通風(fēng)設(shè)計(jì)等都是合適的，可以作為其他工程設(shè)計(jì)的參考。

［1］給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，第3 冊(cè).城市給水(第二版).

［2］王勝平，等.水泵房通風(fēng)設(shè)計(jì).產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì).

［3］張捷，等.送水泵房出水閥門選用的探討.城鎮(zhèn)供水，No.6 2006.