孙家窝铺排水站泵站设计

付英杰

(铁西区农业发展局，辽宁 沈阳 110027)

孙家窝铺排水站泵站设计

付英杰

(铁西区农业发展局，辽宁 沈阳 110027)

通过阐述孙家窝铺排水站工程现状及存在的问题，提出了该排水站设计改造的必要性。在确定本排水站排涝设计标准的基础上，对排水流量进行了设计。针对排水站泵站机组型号、数量进行了设计选择，通过对水泵工作点复核，得出水泵选型及管道布设合理的结论。并分析了该排水站改造工程的总体效益。

设计流量；机组；水泵；泵房

1 工程概况

1.1 工程现状

孙家窝棚排水站建于1974年，安装1台20ZLB-70轴流泵，配套电机型号为1台Y280M-6/55 kW，采用正向进出水方式，变压器供电。直接从引水渠引水，进入进水池，进水池前设置拦污设施；采用方涵出水。泵房面积26.6 m2，管理房建筑面积为18.24 m2，为砖瓦房。

该站自建成以来，经数十年运行，设备严重老化，泵站运行高耗低效，导致运行成本高，增加了农民负担。

1.2 存在的主要问题

孙家窝棚排水站主要存在以下三方面问题：①原机组排涝流量偏小，导致排涝时田面积水较深，所需排涝时间长；②电气设备已严重老化；③设计高程低，导致频繁发生排涝时厂房进水现象。

因此，导致该站作用效果不显著，造成了当地农业频繁受灾，1991年、1992年、1994、2005年均有受灾情况发生，受灾面积达到控制排水面积的80%，甚至100%。粮食大幅度减产甚至绝收，严重影响当地人民的经济收入，影响社会稳定。

2 主要工程设计

2.1 设计流量

2.1.1 排涝设计标准

本站控制面积6 km2，排涝设计保证率取P=10%，即3 d暴雨3 d排干。

考虑本区以种植玉米、棚菜等旱作物为主，参考有关地区经验，结合本区实际需要，计算相应的排涝模数qm：

qm=R/(86.4t)

(1)

式中：qm为设计排涝模数，m3/(s·km2)；R为设计径流深，根据辽宁省水文手册本设计取100 mm；t为排涝时间，d，根据标准及实际情况本次设计取3 d。

经计算得排水模数qm=0.385 m3/(s·km2)。

2.1.2 设计流量

本涝片面积不大，为简化计算，按照下列公式计算本工程的设计排涝流量[1]。

Q设=qmA

(2)

式中：Q设为排涝设计流量；A为涝片面积，km2；

经计算得本排水泵站排涝流量为Q设=0.385×3.1=1.19 m3/s，最终确定泵站设计排涝流量Q设=1.2 m3/s，泵站设计流量加大有效缩短了排涝时间，保证了排涝水平。

2.2 机组选择

2.2.1 初选水泵型号与台数

根据孙家窝棚排水站每年都需要抽排洪水的特点，以及近年来沈阳经济技术开发区内排涝站的运行管理经验，本次设计选用造价和维修成本相对较低的ZLB型立式轴流泵。

依据《泵站设计规范》(GB/T 50265-97)计算孙家窝铺排水站实际扬程为5 m。

根据泵站的设计流量及初估总扬程，经结构布置及水力计算，查水泵性能曲线，初选水泵型号为500ZLB-70型或500ZLB-100型，台数均采用2台，两种不同水泵型号方案比较见表1。

经比较，500ZLB-70型水泵比500ZLB-100型泵扬程偏高。因此，设计采用500ZLB-70型水泵。

2.2.2 水泵工作点复核

按初选水泵型号与台数，进行泵房及管路布置，计算水头损失。

经计算，泵站总水头损失为1.218 m，详见表2。

表1 初选水泵型号方案比较表

表2 水头损失计算成果表

计算水泵三种特征工况总扬程结果见表3，从表中可知，最高工况下，总扬程可达3.848 m，实际扬程可达2.63 m。设计工况下，总扬程2.918 m，实际扬程1.7 m。

表3 特征扬程计算成果表

水泵管路特性曲线Q～H见表4。

表4 管路特性曲线表

水泵性能曲线与绘制管路特性曲线的交点即为水泵工作点，如图1所示，进而得出水泵工作点特征值表见表5，从两者可以明显看出，在设计及校核两种工况下，水泵工作点均在允许范围内，且在高效率区内运行，效率分别为81.2%和79.9%。说明所选水泵及管路系统布置合理。

图1 水泵及管路特性曲线

表5 水泵工作点特征值表

2.2.3 水泵安装高程的确定

根据水泵型号查安装图确定，水泵淹没度为1.0 m，确定水泵进水喇叭口安装高程为：7.80-1.00=6.80 m。

2.3 泵房设计

2.3.1 设计标准

本站为旧站改建工程，根据排水区地势及外河岸边情况，原站址为排水区最低处，且外河地形宽阔、平坦，水流条件顺畅。排涝区已有现成的排涝主沟和各支沟，便于排涝渠道的整治，减少投资和节省耕地面积。为此，本次设计在旧站址处改建泵站，设计采用原轴线位置建站[2]。本站设计考虑自排、强排及灌溉相结合，根据站址处地形条件结合工程布置，采用堤后式箱型基础泵房，进、出水建筑物布置在同一条轴线上[3]。

2.3.2 泵房结构型式确定

根据轴流泵机泵的特点，设计进水池布置在机房下面，形成上、下两层结构，泵房下部为进水池隔墩形成的箱型基础，上部为厂房。

由于本站设有两台机组，因本站设计自排与强排相结合的方式，为避免自排涵洞布置在水泵进水口下游，而使水泵进水喇叭口后存在较大空间易产生漩涡，影响水泵正常运行。厂房除设置二个机组段外，单独设置一自排涵洞进口段，宽度与机组段同宽[4]。

2.3.3 泵房结构尺寸确定

(1)机组段长度确定。根据选定的机组型式与安装尺寸，考虑采用单机单室供水方式，确定单机进水池宽为3.0 m，机组间隔墙厚为0.5 m，则机组间距为3.0 m。结合泵房内交通及运输方便，确定一个机组段长为2.4 m。

(2)泵房长度的确定。泵房长度7.2 m 。

(3)泵房宽度的确定。泵房宽度结合下部进水池结构尺寸，考虑配电柜布置在机组上游侧，主要通道布置在厂房下游侧，并结合建筑模数确定，厂房轴线宽6.2 m，净宽5 m，其中机组中心线距厂房上侧宽3.0 m，下游侧宽2 m。则厂房总宽为6.2 m。

(4)泵房各部高程确定。进水池底板高程5 m；水泵安装层顶面高程7.2 m；水泵出水口中心线高程8.7 m；屋面大梁底高程为14.55 m；泵房基础底高程4.4 m；机房顶面高程15.15 m；厂房总高度为5.4+5.35=10.75 m。

2.3.4 工程计算

本次设计排涝灌溉站，均采用箱型基础，需要进行抗滑、抗浮、抗倾、地基承载力及渗透稳定计算[5]，荷载情况见表6。

表6 荷载情况表

根据《泵站设计规范》(GB/T 50265-97 ) 查知 抗滑、抗浮、抗倾安全系数允许值及地基压应力比值，根据地质提供资料可知地基允许承载力见表7。

根据抗滑稳定计算公式、抗浮稳定计算公式及地基承载力验算公式得到计算成果见表8、表9。

表7 安全系数允许值统计表

表8 泵房稳定计算成果表

表9 安全系数表

综上，通过对泵房的抗滑稳定、抗浮稳定及地基承载力等计算可知，泵房满足稳定要求。

3 结 论

对孙家窝棚排水站流量及机组进行了设计改造，提高泵站机组运行效率的同时降低了能耗及运行管理费用。孙家窝棚排水站维修改造后，提高了当地易涝耕地的排涝水平，涝片3.1 km2耕地的排水条件得到进一步改善，为当地农业生产的稳定发展提供了保证。

[1] 吴娱,吴亚敏. 某城区排涝泵站设计流量计算方法初探[J]. 广东水利水电,2015(5):10-11，24.

[2] 谭颖科. 沙坪河排涝站站址选择与布置设计[J]. 中国西部科技,2013(7):90-91.

[3] 冯亚辉,张黎,赵雪飞. 排涝泵站更新改造设计与实施[J]. 东北水利水电,2015(4):5-6，12.

[4] 杨意琼. 中小型排灌站泵房形式的合理选定[J]. 湖南水利,1996(3):40-42.

[5] 张前进,刘剑,杜亮,等. 睢宁二站泵房建筑物防渗设计及稳定分析[J]. 江苏水利,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，辽宁沈阳人，主要从事饮水安全、农田水利、水库移民、防汛抗旱和基层服务体系建设工作。E-mail：348773926@qq.com。

TU992.25

B

2096-0506(2017)02-0059-05