孫家窩鋪排水站泵站設計

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計

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，提出了該排水站設計改造的必要性。在確定本排水站排澇設計標準的基礎上，對排水流量進行了設計。針對排水站泵站機組型號、數(shù)量進行了設計選擇，通過對水泵工作點復核，得出水泵選型及管道布設合理的結(jié)論。并分析了該排水站改造工程的總體效益。

設計流量；機組；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20ZLB-70軸流泵，配套電機型號為1臺Y280M-6/55 kW，采用正向進出水方式，變壓器供電。直接從引水渠引水，進入進水池，進水池前設置攔污設施；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)十年運行，設備嚴重老化，泵站運行高耗低效，導致運行成本高，增加了農(nóng)民負擔。

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原機組排澇流量偏小，導致排澇時田面積水較深，所需排澇時間長；②電氣設備已嚴重老化；③設計高程低，導致頻繁發(fā)生排澇時廠房進水現(xiàn)象。

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

2 主要工程設計

2.1 設計流量

2.1.1 排澇設計標準

本站控制面積6 km2，排澇設計保證率取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，參考有關地區(qū)經(jīng)驗，結(jié)合本區(qū)實際需要，計算相應的排澇模數(shù)qm：

qm=R/(86.4t)

(1)

式中：qm為設計排澇模數(shù)，m3/(s·km2)；R為設計徑流深，根據(jù)遼寧省水文手冊本設計取100 mm；t為排澇時間，d，根據(jù)標準及實際情況本次設計取3 d。

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

2.1.2 設計流量

本澇片面積不大，為簡化計算，按照下列公式計算本工程的設計排澇流量[1]。

Q設=qmA

(2)

式中：Q設為排澇設計流量；A為澇片面積，km2；

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

2.2 機組選擇

2.2.1 初選水泵型號與臺數(shù)

根據(jù)孫家窩棚排水站每年都需要抽排洪水的特點，以及近年來沈陽經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)內(nèi)排澇站的運行管理經(jīng)驗，本次設計選用造價和維修成本相對較低的ZLB型立式軸流泵。

依據(jù)《泵站設計規(guī)范》(GB/T 50265-97)計算孫家窩鋪排水站實際揚程為5 m。

根據(jù)泵站的設計流量及初估總揚程，經(jīng)結(jié)構(gòu)布置及水力計算，查水泵性能曲線，初選水泵型號為500ZLB-70型或500ZLB-100型，臺數(shù)均采用2臺，兩種不同水泵型號方案比較見表1。

經(jīng)比較，500ZLB-70型水泵比500ZLB-100型泵揚程偏高。因此，設計采用500ZLB-70型水泵。

2.2.2 水泵工作點復核

按初選水泵型號與臺數(shù)，進行泵房及管路布置，計算水頭損失。

經(jīng)計算，泵站總水頭損失為1.218 m，詳見表2。

表1 初選水泵型號方案比較表

表2 水頭損失計算成果表

計算水泵三種特征工況總揚程結(jié)果見表3，從表中可知，最高工況下，總揚程可達3.848 m，實際揚程可達2.63 m。設計工況下，總揚程2.918 m，實際揚程1.7 m。

表3 特征揚程計算成果表

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即為水泵工作點，如圖1所示，進而得出水泵工作點特征值表見表5，從兩者可以明顯看出，在設計及校核兩種工況下，水泵工作點均在允許范圍內(nèi)，且在高效率區(qū)內(nèi)運行，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 水泵工作點特征值表

2.2.3 水泵安裝高程的確定

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

2.3 泵房設計

2.3.1 設計標準

本站為舊站改建工程，根據(jù)排水區(qū)地勢及外河岸邊情況，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，本次設計在舊站址處改建泵站，設計采用原軸線位置建站[2]。本站設計考慮自排、強排及灌溉相結(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泵房，進、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)軸流泵機泵的特點，設計進水池布置在機房下面，形成上、下兩層結(jié)構(gòu)，泵房下部為進水池隔墩形成的箱型基礎，上部為廠房。

由于本站設有兩臺機組，因本站設計自排與強排相結(jié)合的方式，為避免自排涵洞布置在水泵進水口下游，而使水泵進水喇叭口后存在較大空間易產(chǎn)生漩渦，影響水泵正常運行。廠房除設置二個機組段外，單獨設置一自排涵洞進口段，寬度與機組段同寬[4]。

2.3.3 泵房結(jié)構(gòu)尺寸確定

(1)機組段長度確定。根據(jù)選定的機組型式與安裝尺寸，考慮采用單機單室供水方式，確定單機進水池寬為3.0 m，機組間隔墻厚為0.5 m，則機組間距為3.0 m。結(jié)合泵房內(nèi)交通及運輸方便，確定一個機組段長為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)合下部進水池結(jié)構(gòu)尺寸，考慮配電柜布置在機組上游側(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；泵房基礎底高程4.4 m；機房頂面高程15.15 m；廠房總高度為5.4+5.35=10.75 m。

2.3.4 工程計算

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

表6 荷載情況表

根據(jù)《泵站設計規(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)定計算公式、抗浮穩(wěn)定計算公式及地基承載力驗算公式得到計算成果見表8、表9。

表7 安全系數(shù)允許值統(tǒng)計表

表8 泵房穩(wěn)定計算成果表

表9 安全系數(shù)表

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

3 結(jié) 論

對孫家窩棚排水站流量及機組進行了設計改造，提高泵站機組運行效率的同時降低了能耗及運行管理費用。孫家窩棚排水站維修改造后，提高了當?shù)匾诐掣氐呐艥乘?，澇?.1 km2耕地的排水條件得到進一步改善，為當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展提供了保證。

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[5] 張前進,劉劍,杜亮,等. 睢寧二站泵房建筑物防滲設計及穩(wěn)定分析[J]. 江蘇水利,2015(6):7-9.

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體系建設工作。E-mail：348773926@qq.com。

TU992.25

B

2096-0506(2017)02-0059-05