南水北调配套工程李垌泵站设计研究

2010-08-30李西平

河南水利与南水北调 2010年12期

□耿昕 □李西平

(河南省水利勘测设计研究有限公司)

一、概述

河南省地处中原，是农业大省，国家的粮仓，同时也是水资源缺乏的省份之一。随着经济社会发展，国家粮食核心区的建设，对水资源需求量越来越大。抓住南水北调中线工程穿越河南省的机遇，做好配套工程是解决本区域内资源型缺水的唯一途径。配套工程是中线总干渠沿线分水口门到各受水点之间的输水工程，当受水点对水头要求高于总干渠水位时，必须采用加压泵站将水最终送达用水户。

李垌泵站位于河南省新郑市李垌村北约200m，南水北调总干渠右岸的李垌分水口门下游，主要目的是通过加压向老观寨水库和望京楼水库供水，自流至新郑市规划水厂，同时在总干渠检修或其它情况不能正常供水时，能将老观寨水库、望京楼水库之水返输至规划水厂。

李垌分水口门的设计分水流量4.0m3/s，下游输水涵洞孔数一孔，孔口尺寸2.2m×2.2m。根据规划：口门——老观寨水库泵站提水流量1.5m3/s，口门——望京楼水库泵站提水流量1.5m3/s，口门——规划水厂自流流量1m3/s，老观寨水库、望京楼水库向规划水厂返输流量1.5m3/s。

二、泵站布置方案

（一）独立方案

该方案为一座泵站对应一个供水点，各泵站相互独立，自成体系。

主要特点：一座泵站不受另一座泵站影响，当2座泵站参数差别较大时，可能节约建筑工程；但由于2座泵站，必定有1个或2个泵站为侧向进水，管理人员较多，且管理复杂，电气设备、起吊设备较多，较适宜单座泵站机组台数较多的泵站，如图1。

（二）集中方案

该方案为2个供水点有一座泵站，不同的机组供水，泵站内的水泵根据各自供水点扬程、流量不同选择；各个机组虽然在1个厂房内，但相对独立；公用1套起吊设备，1个检修间。主要特点：进水均为正向进水；建筑工程相对集中；可减少管理人员，电气设备、起吊设备减少，副厂房共享；相互干扰相对较大，较适宜单个泵站机组台数较少的泵站，见图2。

图1 独立方案图

图2 集中方案图

（三）方案选择

根据水力计算和水力机械专业提供的机组选型，口门——老观寨泵站设计装机2台，水泵型号600S75A、电机型号Y5004-6，总装机2×710kW；口门——望京楼水库泵站设计装机2台，水泵型号600S32B、电机型号Y355M4-6，总装机2×250kW。

由此可见，每一供水点机组台数不多，机型相近，同时结合地形、地质等工程实际，李垌口门泵站采用集中布置方案。二个供水点采用一座泵站，因而进水池、主厂房、安装间、副厂房等均合二为一。

三、泵房型式选择

泵房是安装水泵、电机及其辅助设备的建筑物，是泵站的核心部位。根据水力机械专业水泵选型为卧室离心泵，比较了两种型式泵房：分基型泵房；干室型泵房。

（一）分基型泵房

该类型泵房的水泵、电机等基础与其上部厂房基础相对独立，自成体系。主要特点：一是水泵、电机等基础与其上部厂房基础相互分开，可以避免机组运行震动对上部房屋的影响；二是结构简单，设计、施工方便；三是水泵安装高程一般位于设计水位以上，使得泵室或泵房底部高程相对较高，通风、采光等条件较好；四是水泵吸水管高度较大、长度相对较长，流量较大时，不易选择机型；五是地下水位较高时，容易渗入泵房基础，影响泵房安全；六是设备基础较小，振幅较大。

（二）干室型泵房

该类型泵房四周墙壁和底板用钢筋混凝土建成一个不透水的整体，形成一个相对干燥的地下室，水泵和电机安装在地下室内，泵房平面呈矩形。该种泵房是较为常见的泵房型式。

主要特点：一是地下水位对泵房基础影响较小，泵房安全性能提高；二是设备基础与泵室基础一体，整体稳定性能好，抗震性能提高；三是水泵吸水管高度较小、长度较小，有较多的水泵可供选择；四是泵房可设为上下2层，空间较大，易于布置其它设备；五是泵房整体为钢筋混凝土结构，防潮性能较好。六是由于设有地下室，泵房通风、采光相对较差；七是在水泵进出水管道上均需设置闸阀。干室型泵房结构图见图3。

图3 干室型泵房结构图

经过上述分析，考虑南水北调工程的重要性，采用干室型泵房。

四、主厂房设计

（一）泵房平面布置

泵房平面布置可采用双列梅花形布置或单列布置。梅花形布置厂房长度较短，宽度较大，整体占地面积较小，但对启闭机跨度要求较大，多适宜立式机组。单列布置厂房长度较长，宽度较小，整体占地面积较大，但对启闭机跨度要求较小，立式机组和卧式机组均适宜。根据该工程水泵选型均为卧式机组和机组台数较少的特点，采用单列布置。

（二）泵房竖向布置

根据进水池内最低水位，吸水管最小淹没深度，吸水管中心高程等确定水泵安装高程、主机间底板高程。

检修间地坪高程：根据安全超高，风涌高度，检修间地坪高程高出进水池最高水位1.0m；同时为了防止雨水进入其内，该层高程尚需高出室外地面0.2m以上。为了厂房内交通，检修间地坪高程与泵房内通道高程一致。

检修间地坪距启闭机梁顶高度：该高度由水泵高度、电机高度、安全操作距离、启闭机绳的垂直长度、启闭机轨道高度、启闭机自身尺寸等因素决定。

启闭机梁顶距屋面梁底高度：该高度由启闭机自身要求确定。

其他高度：根据结构需要，建筑模数等因素确定。

五、泵站运行方式

运行方式：第一，当南水北调总干渠正常运行，2座水库和规划水厂要求供水时，关闭控制阀井1、2(见图2，下同)，开启控制阀井3、4。第二，当南水北调总干渠正常运行，2座水库已蓄至正常水位时，规划水厂要求供水时，泵站停止运行，关闭控制阀井2，开启控制阀井4。第三，当南水北调总干渠正常运行，2座水库需要供水而规划水厂不需要供水时，关闭控制阀井1、2、4，开启控制阀井3，泵站正常运行。第四，当南水北调总干渠正常运行，规划水厂不需要供水，水库需要供水时，关闭控制阀井4、2、1；开启控制阀井3，各个泵站可独立运行。第五，当南水北调总干渠检修不能正常供水而需要老观寨水库返输规划水厂水时，关闭控制阀井4、3，泵站停止运行，关闭水泵逆止阀，开启控制阀井1、3。第六，当南水北调总干渠检修不能正常供水而需要望京楼水库返输规划水厂水时，关闭控制阀井4、1，泵站停止运行，关闭水泵逆止阀，开启控制阀井2、3。

通过上述控制阀的调节，可以满足提水、自流、返输多种组合功能。