关于排水泵站的设计

郭承乾

(佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江佳木斯 154002)

1 排水工程

1.1 排水规划原则

本着“因地制宜，综合治理，统筹协调，高水高排，分割水势”的基本原则，确定既有排水分区清楚，所以不改变原有排水系统，设计1座排水泵站。

1.2 排水标准

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)，结合本地区实际情况，平原采用5 a一遇排涝标准，坡水采用10 a一遇排涝标准。

1.3 排水分区、流量及水位

1)排水分区:乌龙河下游右堤连同东鲜堤防和铁路所夹区域自流排水困难，需在东鲜堤防1+300处新建东鲜排水泵站。通过排水口位置、汇流面积等综合因素考虑，按5 a排水标准计算，水位配合差－1.69，不能自流排水，确定选用强排模式，具体参数见表1。

表1 东鲜排水泵站参数表

2)流量:工程涉及的排水沟道所在地域为平原地区，平原区排水设计流量按照排水模数法进行计算公式为:

式中:Qmp为排水流量，m3/s;F平原区排水面积，km2;qp为排水模数，m3/s－1·km2。

经计算，排水泵站流量见表2。

3)水位:东鲜排水泵站的内水位推求，由控制面积内的田间最低点考虑沿程与局部水头损失推求，所求成果见表3。

表2 排水区设计流量计算成果表

表3 东鲜排水泵站水位成果表

2 泵站土建工程设计

2.1 工程等别、设计标准及特征水位

排水泵站设计流量为1.57 m3/s，总装机功率为110 kW。依据《泵站设计规范》GB/T50265—2010，泵站规模为小(1)型，工程等别为Ⅳ等。建筑物级别为主要建筑物4级，次要建筑物5级，临时性建筑物5级。

2.2 结构设计

排水泵站主要由引渠、前池、进水池、压力箱、压力涵、闸室段及出水口段组成[1]。

1)引渠及前池:引渠渠底宽度为2 m，根据泵站引水需要，引渠末端设长6.0 m干砌石渐变护砌段，底宽由2 m渐变至5.9 m，边坡1∶2，使其与前池良好衔接;前池净宽5.9 m，长6 m，底板厚为0.70 m，整体为钢筋混凝土U形槽结构，边墙顶高程由77.95 m升至79.32 m。

2)泵房布置:根据排水泵站设计特征参数，泵站装机为2台潜水轴流泵，排水泵站采用湿室型泵房，为钢筋混凝土整体式结构。由下而上分别为湿室(进水池)、水泵层、配电间。各层高程均按照厂家提供安装尺寸图、最低运行水位并结合实际情况确定。泵房底板顺水流方向总长度10.5 m，总宽度7.3 m，两台水泵之间用隔墩分开，形成单独进水流道。

泵房湿室即为进水池，共分3孔，中间1孔为自流孔;两侧及后端墩墙厚0.50 m;中间隔墩厚0.50 m;底板厚0.80 m。水泵层每孔设一水泵安装平台，为钢筋混凝土结构，固结在墩墙上。安装平台宽1.9 m，预留水泵安装孔。该层共安装有2台潜水泵。配电间平面尺寸为5.0 m×7.3 m，建筑面积36.50 m2，配电间上空设有1台电动单梁起重机用于安装和检修。为便于检修，在电机层楼板上设有2个D=1.0 m的进人孔，爬梯连接至水泵层。

3)压力箱:压力箱与泵房湿室一体，连接压力箱涵，与压箱涵间设置沉降缝并设置止水。

4)压力箱涵:排水泵站出水压力箱涵与压力箱连接，共1孔。第一节长9.0 m，第二节与防洪闸一体，长8.0 m。

5)出口防洪闸:防洪闸段末端设有防洪闸门，采用铸铁闸门，采用螺杆启闭机启闭，螺杆启闭机布置于防洪闸顶刚架上的启闭台中，由交通桥与堤顶连接。交通桥为钢筋混凝土实心板结构。厚0.20 m。靠近外河侧设一道叠梁门检修门槽，供检修时使用。

6)出口消能段:出口消能工采用下挖式消力池矩形槽结构，消力池段长6 m，池深0.5 m，宽1.5 m。后接8 m干砌石海漫与河底平顺连接。

2.3 泵房防渗计算

水闸闸基的抗渗稳定计算采用规范推荐的改进阻力系数法计算，计算公式采用《水闸设计规范》附录C。

计算工况选取最不利工况即上下游水位差最大的工况，即水头差为1.69 m。计算简图见图1，采用改进阻力系数法计算。

水平段渗透坡降:

出口段渗透坡降:

图1 上下游水位差最大工况计算简图

计算结果可知，水平渗流及出口段的渗透坡降均小于允许渗透坡降值，说明渗透稳定满足规范要求。

2.4 泵房稳定计算

泵房稳定计算工况如下:

1)施工完建期:泵房前、后均无水。

2)正常运用情况:泵房前后均为设计水位。

3)非常运用情况:泵房前加大水位，出口关闸。

稳定及应力计算包括泵房沿基础底面的抗滑稳定计算、泵房基底应力、基底应力不均匀系数的计算。计算结果见表4。

表4 泵房稳定计算成果表

泵房底板在各种荷载组合工况下，基底应力及基底应力不均匀系数均满足规范要求。

2.5 泵站工程量

泵站总工程量为土方2 746 m3;石方270.63 m3;混凝土方401.81 m3。

3 泵站水机及金属结构设计

3.1 水力机械

东鲜排水泵站安装2台500QZB—100型潜水泵，采用井筒式安装，500 mm出水管穿墙进压力水箱，末端安装拍门。水泵电机功率为55 kW/台，转速980 r/min，叶轮直径450 mm。配电间上方安装电动单梁起重机，以方便水泵检修。

3.2 金属结构

东鲜排水泵站进水口设拦污栅，设检修闸门2扇。压力箱设闸门1扇，防洪站1扇，尺寸均为1.5 m×1.5 m，各配5t手电两用螺杆启闭机一台。

4 泵站配电设计

4.1 设计依据

设计依据有3项:①水工提供的排水泵站的规模及有关设计图和对配电设计的要求;②10kV及以下变电所设计规范;③其它有关规范。

4.2 配电设计

排水泵站电源自永发变电所引进，需架设一条线路，电压10 kV，长2 km。本站用电设备安装总容量110 kW。主要用电负荷有2台潜水泵泵机组，单机容量55 kW，电气照明、厂内吊车、检修用电设备及闸门起闭机等，电压为380/220 kV。电源由安装在室外的一台160 kW安电力变压器供给，供电电压10/0.4 kV。经过电缆引到室内进线柜、电容柜和配电柜。电动机采用软启动。无功补偿电容器，安装在电容柜内。泵站厂房防雷采用在厂房屋顶设避雷网，用两根引下线与泵站接地网联接。泵站采用共同接地网，即厂房内防雷接地网联为一体。接地装置利用厂房基础钢筋，并在泵站四周设接地网，与厂房基础钢筋作两点以上的联接。厂房内非带电导体作等电位联接。接地网接地电阻≤4 Ω。

5 泵站消防设计

5.1 工程概况和消防总体设计方案

泵站工程火灾易发部位为厂房内电器设备及场外变电所。依据为消防设计规范。原则为泵站电气设备的防火，应贯彻“预防为主，消防结合”的消防工作方针。应积极采用先进的防火技术，做到保障安全，使用方便，经济合理。

5.2 泵站消防设计

1)主要场所火灾危险性分类及耐火等级:根据“泵站设计规范”，泵房、安装间、火灾危险性类别为丁类，耐火等级为二，室外变压器场火灾危险性类别为丙类，耐火等级为二。

2)主要场所和主要机电设备的消防设计:配电间室内配电为无油设备和耐燃材料。采用手提式代烷灭火器消防型式。

[1]毛威敏，胡凌.现代城市中排水泵站设计的探讨[J].中国市政工程，2002(04):44－46.