双向潜水贯流泵在城市水环境整治中的应用

石星星

(上海宏义建设实业发展有限公司，上海 200232)

近年来，随着经济发展和城市化面积不断扩大，人们对河道水质改善的需求越来越高。城市水环境治理对现有的城市排涝泵站提出了新的需求，要求泵站同时具有排涝和引调水的双重功能。

闵行区虹桥镇地处上海中心城区西南部，为虹桥乡政府所在地。离上海市区仅数公里，为高度集镇区。高门泾为该片区二级支河，河道单侧断头。高门泾泵站位于高门泾与外河蒲汇塘交汇外，为单向排涝泵站。高门泾河道综合整治工程要求增加泵站引清调水功能，加快内外河水体的流动和交换，进一步改善河道水质。

1 工程现状及难点分析

高门泾河道周边为居民住宅、学校和商业密集区。河道水体整体呈绿色，有藻类爆发现象，现状水质浑浊，局部有异味，水体富营养化现象明显。现状河道为断头浜，断头处建有规划小区无打通条件。平时外河水位较高，闸站关闭期间整条河道水体流动性差。

高门泾泵站始建于1993年，为单向排涝泵站。汇水面积124hm2，规划排涝流量为3.0m3/s，2台立式轴流泵对称布置，中间设宽1.2m闸门。2005年改建时拆除原上部管理房并加盖3层建筑物作为虹桥镇水务站综合办工中心。经现场踏勘，本工程存在的主要技术难点如下。

(1)施工场地狭小。现有高门泾泵站兼做虹桥镇水务站办工楼，整栋楼地面以下一层，为原泵站流道及水机层。地面以上共3层，一层为高门泾泵站电机层及控制管理房，二、三层为办公区域，泵站结构如图1所示。从建筑结构安全考虑要求高门泾泵站在主体结构不做大的变动情况下将单向泵站改成双向泵站，且大型施工机械无法进场，施工难度较大。施工场地狭小为现有流道范围。

图1 高门泾泵站结构示意图(单位：mm)

(2)设备进场困难。高门泾现有泵房分别位于一楼后厅偏左右泵房，前厅为虹桥镇水务站前台。楼面以下为原有流道，原楼面设计荷载仅2.5kN/m2，楼面板较薄。经复核，泵组、电机等大型设施进场不能直接通过一楼大厅楼板。设备进场及安装难度较大。

(3)泵站运行环境要求较高。现有泵站所在地兼做虹桥镇水务站办工楼，周边紧邻虹桥镇社区事务受理中心、健康服务中心、虹桥国际商务中心等人口密集办工区域。泵站地理位置的特殊性要求改建后的泵站运行噪声在满足国家相关规范要求的基础上进一步减小噪声辐射影响。

2 双向泵站的泵型选择

本工程泵站运行净扬程基本在0.5和1.5m左右(属特低扬程泵站)，适合的泵型为轴流泵。泵站要求同时具有排涝和引水双向运行功能，可采用双向运行的“S”型叶片转轮或改变出水水流方向的“X”型流道。结合上海市水利行业的泵站建设经验，本工程对下列泵型进行分析比选：双向潜水贯流泵、立式轴流泵、立式潜水泵。

(1)双向潜水贯流泵是水泵和潜水电机同轴直连水平置于流道内的一种泵型。整个泵组尺寸紧凑，流道平直、型线简单，水流仅沿水泵和电机的轴线方向流动。采用双向运行的“S”型叶片，通过电机切换开关，可以实现双向运行。根据上海已建的杨树浦港双向泵站真机试验和试运行情况，其水流流态平稳，土建结构简单、运行管理方便。缺点是，潜水贯流泵组采用潜水电机，对电机密封性能要求较高，一旦设备出现故障时，需要返厂检修，设备检修维护安装周期较长。

(2)立式轴流泵是一种应用最广，设计、制造、安装、运行经验最丰富的泵型。水泵和电机直接连接，垂直分层布置，电机布置在地面层，运行维护方便，安全可靠，但地面需要较高的泵房，与周边景观环境很难协调。为实现双向运行，需配置立面的“X”型流道、4套进出水闸门进行水流切换。该型式水泵装置水力损失大，闸门操作复杂，土建开挖深，土建工程量较大，其检修、渗漏排水等辅助系统也较为复杂。对于小流量双向泵站，出水管道上设阀门代替闸门，通过底层闸门和出水阀门配合，可实现双向运行。

(3)立式潜水泵与潜水贯流泵不同之处在于，潜水电机与水泵同轴整体立式置于钢制或混凝土井筒式流道内，可以不设地面泵房。井筒式立式潜水泵安装检修方便，泵组可整体从井筒内吊出，操作运行简单，土建结构简洁。立式潜水泵的井筒上设有2个出水口，连接钢管上设置阀门控制水流流向，从而实现双向运行，井筒式立式潜水泵适合小流双向运行泵站。

通过以上3种泵型比选，双向潜水贯流泵在泵站双向改造具有较大优越性，主要表现在以下3个方面：①对于建设年代较早，现有流道高度较低的泵站，从建筑结构安全考虑，采用双向潜水贯流泵，将原流道改造成平直型流道更加方便简单，对主体结构改动较小，土建结构简洁，可较大程度减少结构改造的工程量和费用。②双向潜水贯流泵通过电机切换开关，即可以实现双向运行，操作更加方便，更加便于运行单位使用。③由于贯流泵的动力机安装在水泵的灯泡体内，整体置于水中，泵房噪声较其余泵型更小，更加适合城区泵站建设要求。根据上述分析，高门泾泵站设计采用双向潜水贯流泵。

3 工程设计

改建后高门泾泵站排涝(引水)规模按原规划规模设计为3.0m3/s，引水时间根据河道水质要求确定。泵站选用2台800QGS1.5型双向潜水贯流泵。潜水贯流泵进、出水流道的水力损失包括进水闸门槽到出水闸门槽之间整个流道的损失，在运行工况下，水泵装置的水力损失约为0.6～1.0m。本工程设计扬程正向2.6m，反向1.6m。泵站运行工况为：汛期或瞬时暴雨致城区内涝无法外排时通过泵站进行强排内涝水至外河蒲汇塘。平时内河水质较差时通过泵站外入外河活水完成水体置换。

双向潜水贯流泵进出水在一条中心线上，为有压流道，通过“S”型叶片和电机转向切换，实现排涝和引水运行工况。进、出水流道进口均设置检修闸门，流道通过一段由矩形渐变成圆形的扩散段与泵组进出水钢管衔接。内河侧钢管上装设一只电动蝶阀，外河侧钢管上装设一只液控蝶阀。当开停机时，通过电动蝶阀或液控蝶阀的配合，实现通流和断流。为保证泵站平稳运行，在内外河侧分别增设一道拦污栅封闭。如图2所示。

图2 双向贯流泵结构布置

针对上述工程难点，本工程进一步采取了以下工程措施。

(1)为进一步减小泵站运行噪声特别是低频噪声对办工人员的影响，工程设计采用了以下一系列噪声控制措施包括：在机组基座上加装防振橡胶及减震弹簧，机组外壳包覆阻尼隔音毡、水泵进出水口设置软管连接等。成功将泵站运行噪声降至环保部规定的Ⅰ类标准环境功能区噪声限值以下。

(2)潜水贯流泵整体重约3.3t，现有泵站前厅楼面板较薄，且空间场地有限，大型吊装设备进场施工，同时考虑电动蝶阀和液控蝶阀的安装吊装及运行期设备的正常保养与检修。工程设计采用厂内桥式起重机起吊。泵站上部厂房各配备一台5t电动单梁桥式起重机，跨度约8m，起升高度10m。为不影响原建筑主体结构，起重机框架采用钢结构，立柱锚固于流道底板。设备进场时铺设架空工字钢轨道，到位后采用厂内桥式起重机起吊安装。

(3)潜水贯流泵的电机与水泵整体置于水中运行，不需设置油、水等辅助系统；检修时的流道排水以及泵房内的渗漏水等均排至站内低位集水井，由潜水排污泵抽排至河中。

4 结语

双向泵站改造在解决城市河道防洪排涝功能的基础上兼有河道冲污，置换水体，增加河道水动力，改善河道水质的功能。对城市水环境治理具有重要意义。高门泾泵站改建工程双向潜水贯流泵的合理运用表明，双向潜水贯流泵具有泵房结构简单、进出水流道布置简捷、工程施工及设备安装简便等优点，利用双向潜水贯流泵进行泵站改造可较大程度上减少泵站拆除重建的工程量与投资。实践证明双向潜水贯流泵可以在同类工程中广泛应用。