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雨水泵站水泵选型配置有哪些要求？某机场雨水泵站设计，值得学习

发布于：2020-11-17 11:34:17 来自：给排水工程/建筑给排水 [复制转发]

给排水设计圈

本文来源：网络

龙华机场地区位于上海市徐汇区东南部，黄浦江沿岸，处于黄浦江上游准水源保护区范围内，距市中心人民广场约5～7ｋｍ。龙华机场排水系统为分流制排水系统，系统服务范围为：东起黄浦江，西至龙吴路，南起龙耀路，北至龙华港，服务面积2.26ｋ㎡。系统内雨水经收集后经龙华机场雨水泵站提升排入黄浦江。雨水泵站建设规模为15.8? /ｓ，旱季污水截流设施规模为2100 ? /ｄ，泵站位于龙腾大道以西、丰谷路以北，占地面积约4972.4 ㎡。目前龙华机场雨水泵站已竣工完成。

泵站基本情况

（1）泵站设计规模与水泵配置

龙华机场排水系统设计暴雨重现期P＝1年，综合径流系数Ψ ＝0.6，排水系统总管设计流量为13.2?/s，雨水泵站配泵流量按系统总管设计流量的1.2倍，即雨水泵站建设规模为15.8?/s。为减少黄浦江的水质污染，泵站内设置污水截流设施。根据相关规划，龙华机场排水系统的规划污水量为10265?/d，旱流污水截流量按地块平均日污水量的20％考虑，即污水截流设施规模为2100?/d，总变化系数Kz=1.93。

雨水泵站进水总管管径为φ3000，管内底标高为-3.87ｍ。雨水经雨水泵站提升后排入黄浦江。雨水泵共选用６台干式抽芯轴流泵，单泵流量2.64?/s，扬程7.22ｍ，功率315ｋＷ。

旱季截流污水经污水截流泵提升后经丰谷路→云锦路污水管下截流管，最终排入上海市污水治理二期总管。污水截流泵共选用3台潜水离心泵，单泵流量47L/s，扬程9.22ｍ，功率9ｋＷ。平时开1台污水泵，特殊情况开2台，另外1台污水泵放在仓库冷备用。

(2)泵站总体布置

龙华机场雨水泵站位于徐汇滨江规划Ｃ单元高品质区域，考虑到泵站所在区域的高品质、高端化定位，为形成与周边环境和谐并存的关系，助力徐汇滨江整体环境品质的提升，该工程结合地下结构合理布局，采用合建方案，即所有地面建筑均在地下结构上部进行集中一体布置，以此确保城市街口空间获得更佳的通透度和开阔感，并最大限度拓展站区绿化空间。项目总体平面布置如图１所示。

泵站内地下构筑物：进水闸门井、进水渐扩箱涵、泵房、出水闸门井及出水渐扩箱涵由西向东依次布置。泵站变配电间、控制室和管理用房均设置在泵房的上部。此外，在泵站的西南位置设１座电业公用配电站（开关站）。

泵站内设ＤＮ1500试泵回流管，由出水闸门井至进水闸门井。雨水泵的试运转可利用雨水管网系统内的余水，或可开启出水闸门，引入黄浦江水进行水泵试运转。

(3)泵站工艺设计

泵站进水闸门井内径4ｍ×8.6ｍ，内设２台2.8ｍ×2.2ｍ闸门以及１台Ψ600ｍｍ闸门，用于检修后续的格栅、水泵等设备。进水闸门井出水通过尺寸为2-2.8×2.2ｍ～4-2.8×2.2ｍ的进水渐扩箱涵进入泵站的格栅井，雨水经过格栅进入泵房集水池。雨水泵房采用沉井法施工，平面净尺寸为22.9ｍ×32ｍ，埋深约12ｍ。

出水闸门井设２台3.6ｍ×2.2ｍ闸门以及１台Ψ1500圆闸门，分别用于泵房内的设备检修及雨水泵的试运转。出水渐扩管尺寸为2－3.6 ｍ×2.2ｍ～4－3.6ｍ×2.2ｍ，长约75ｍ，管内底标高为0.00ｍ，管内顶标高为2.20ｍ，控制出口最大流速≤0.5m/s。雨水泵房的下部平面及剖面如图２、图３所示。

旱季污水截流泵房与雨水泵房合建，位于泵房沉井内。晴天时，雨水泵不开启，雨水管网系统内的混接污水通过进水闸门井 → 雨水格栅后再经ＤＮ 600 污水截流管接至污水泵房，经污水截流泵提升至丰谷路下ＤＮ 600 污水专用截流管。污水截流泵还可用于雨水泵房集水井的抽空。为防止污水截流泵房集水池淤积，池底设置具有较大坡度的流槽，并在格栅前后的顶板位置设向下喷射的高压冲洗管，由电磁阀控制定期开启冲洗。

工程设计特点

(1)新型水泵循环冷却水水箱溢流装置

目前，雨水泵站常选用的泵型有潜水轴流泵、传统干式轴流泵和干式抽芯轴流泵，并都有大量的成熟案例。龙华机场雨水泵站综合投资、运维便捷程度以及防汛安全等多角度考虑，选用了干式抽芯轴流泵。干式泵配套的电机均需设外部冷却系统，干式抽芯轴流泵的电机冷却进水压力要求在0.2～0.4MPa。

经调研正在运行的类似雨水泵站，其设计的干式抽芯轴流泵冷却水系统通过市政给水管网直供，运行以后存在系统进水压力不满足要求的情况，后期进行了改造，通过在市政直供的给水管道上设置管道增压泵予以解决。但是由于管道增压泵会对市政给水管网运行造成不利影响，该方法目前已不再适用。

龙华机场雨水泵站在设计过程中进行优化，首先，在水泵平台下方的设备夹层配备低位水箱，自市政给水管网引一根ＤＮ100给水管进水至水箱，再通过增压泵从水箱吸水增压，将清水输送至水泵电机用于冷却，冷却后的水最后回流至低位水箱，从而形成一套水泵循环冷却水系统。

通常水箱会配备溢流管，以防进水浮球阀损坏时，水箱内的水溢出造成水淹，溢流管排入专门的集水坑，集水坑内设置水泵，用于收集水箱溢流管的出水。正常运行的条件下，当水箱内的水位超过溢流水位时，水将沿溢流管流出，排至集水坑，当集水坑内的水位标高达到一定值时，集水坑内的排水泵开始工作，将水抽至室外。

但是如遇水箱进水浮球阀损坏，而同时集水坑内的排水泵发生故障（实际工程中出现过此类情况），水箱内的水将不停地通过溢流管排至集水坑，如未能及时发现故障，将造成集水坑满溢，引起淹水事故。龙华机场雨水泵站的水箱及集水坑设于地下夹层，一旦发生淹水事故，将造成严重后果，可能导致泵站停止运行。

针对以上问题，该工程创新性地采用了一种泵站循环冷却水水箱的溢流装置，将泵房内循环冷却水水箱溢流管连接至雨水集水池，溢流管与水箱连接处的出口设于水箱常水位以下1m（溢流管标高为3.50m，常水位4.50 ｍ），再经一段竖管向上弯折（标高为4.60ｍ），使溢流管标高恢复正常的溢流水位标高（见图４）

在水箱正常水位条件下，与水箱连接的一段溢流管由于位于常水位以下１ｍ，管内会充满水而形成水封，阻止集水池内的臭气进入水箱及电机房；而当水箱进水浮球阀损坏，水箱内水位超过溢流水位时，水便经溢流管排至集水池。此种水箱溢流管设计形式可以有效解决水箱进水浮球阀损坏而同时集水坑内的排水泵发生故障时可能造成的淹水问题，有效保障泵站安全运行。冷却水水箱溢流装置如图５所示。

(2)污水截流格栅设置于雨水粗格栅下游

常规雨水泵站中旱流污水截流是通过在进水闸门井中设旱流污水截流管，将污水截流至单独的污水提升泵房中，污水泵房中设置细格栅，截流污水经过细格栅后再通过污水泵提升排放。但由于旱流污水中垃圾较多，而细格栅间隔较窄，旱流污水直接进入污水泵房会造成传统污水格栅的栅渣负荷较大，不仅为泵站日常运营管理带来了诸多不便，大量栅渣外运也对周边环境造成影响。而龙华机场雨水泵站位于徐汇滨江规划Ｃ单元高品质区域，地理位置具有一定敏感性，设计过程中更需充分考虑对周边环境的影响。

因此，该工程中因地制宜地将污水截流格栅设置于雨水粗格栅后，运行过程中旱流污水通过雨水格栅后再经ＤＮ600污水截流管接至污水泵房，则进水管中的大颗粒固体污染物率先通过雨水格栅去除，小颗粒物质再通过污水格栅后进入污水集水池，从而降低了污水格栅的运行负荷，有利于泵站的日常运行管理，也降低了对周边环境的影响。污水截留泵房下层平面如图６所示。

(3)“隐形”的闸门启闭机

龙华机场雨水泵站共选用６台干式抽芯轴流泵，为便于泵站运行管理，该工程采用了分仓设置，即６台水泵布置在两仓，两仓之间的隔墙上设置了双向受压的闸门。以往泵站内管理用房、变配电间等建筑物独立布置，泵房上部无建筑物或上部建筑不受景观限制，则闸门启闭机布置于泵房顶板上即可。

龙华机场雨水泵站位于徐汇滨江，定位高品质、高端化，建筑景观要求非常高，该泵站所有地面建筑均在地下结构上部进行集中一体布置，分仓闸门启闭机的位置占用了上部建筑空间，位于建筑中心地带的“阳光走道”上方，不仅影响人员走动且视觉效果欠佳。

为了解决以上问题，该工程按照闸门启闭机的实际高度，综合考虑泵站运行水位，在泵房顶板下２ｍ处设置了中板，作为闸门启闭机平台，闸门预埋铁板，起吊孔均设置于中板平台，上部采用不锈钢盖板与建筑地坪做平，既满足视觉景观、确保走道通畅，又不影响使用功能，从而解决了分仓闸门启闭机位置的问题，称为“隐形”的闸门启闭机。

FLUENT三维数值模拟验证

泵站前池、集水池、出水池等是否设计得当，直接影响水泵的运行状况，设计不当时，池内流速过快流态紊乱，给水泵带来不理想的工作环境，降低了水泵工况从而增加运行成本。因此，该工程在前期采用计算机流体力学模拟软件FLUENT台，对龙华机场雨水泵站的水力流场建立了三维数值模型，分别针对单泵运行、双泵运行和三泵运行３种工况进行了模拟，以优化泵站水力流态，减小泵站水损，使水泵扬程和功率最小化，降低泵站能耗，减小碳排放量，使泵站竣工后尽量做到清洁生产。

根据模拟结果，单泵运行、双泵运行和三泵运行３种工况下下，泵站构筑物中流态分布基本相似。泵站前池的下层流速明显高于表层流速。水流经过泵站前池流入泵站吸水室时，泵站前池会出现淹没式水跃现象，但对泵站主流流态基本无影响。自进水箱涵—泵站前池—泵站吸水室的水流方向，存在着明显的水流主流区，水流主流方向与泵站设计池型基本一致；此外，泵站构筑物设施中流态均匀，无明显的死水区和回水区。这就表明，泵站能在不同工况下稳定运行，工艺设计合理，满足区域雨水排水的要求。

结语

目前，龙华机场雨水泵站正在日常运行中，运行结果显示效果较好，达到了设计要求，发挥了良好的作用。

龙华机场雨水泵站创新性采用了一种泵站循环冷却水水箱的溢流装置，将溢流管连接至雨水集水池，避免造成淹水事故，有效保障泵站安全运行，已获得发明专利证书。设计过程中因地制宜，将污水截流格栅设置于雨水粗格栅下游，降低了污水格栅的运行负荷，有利于泵站的运行管理并降低对周边环境的影响。

同时，为了满足建筑景观效果，同时不影响使用功能，设计了一种“隐形”的闸门启闭机。经FLUENT三维数值模拟验证，泵站能在不同工况下稳定运行，水力流态均匀，工艺设计合理。