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在城市排涝泵站中高压潜水泵的应用——以南昌市前湖电排站为例

2011-01-24陶柏强张李荪

水利技术监督 2011年1期
关键词:轴流泵潜水泵赣江

陶柏强 张李荪

(江西省水利规划设计院 ,南昌 330029)

在城市排涝泵站中高压潜水泵的应用
——以南昌市前湖电排站为例

陶柏强 张李荪

(江西省水利规划设计院 ,南昌 330029)

结合前湖排涝泵站选用高压潜水泵的实践,分析新型高压潜水泵与常规轴流泵的优缺点、安全性、经济性,说明此类工程中选用该泵带来的经济、环境和社会效益。

城市水利;潜水泵;泵站

南昌市位于江西省中偏北部,地处赣江中下游,北滨鄱阳湖,属赣抚平原尾闾区。城区地处赣江下游湖积冲积平原,地势平坦,河湖港汊交错,地面高程一般在17~22m之间。城区内湖泊众多,是城区的天然蓄涝区,也是城市宝贵的自然环境资源和休闲旅游的胜地。为适应南昌市城市的快速发展,满足“一江两岸”的城市布局,沿赣江两岸作为城市休闲、旅游、观光带的建设和发展区,昌北、昌南东部城区建设成为高级文教、科研、高新产业为主的高新产业园区。而在这些区域内又是城市排涝泵站建设的站址区,二十世纪90年代后期建设的青山湖、吴公庙、新洲电排站,采用的常规轴流泵站布置,与城市江岸布置的观光、休闲带显然不协调。因此,在城市排涝泵站设计中,需注意满足城市规划要求,把美化、亮化城市环境,提高城市品位,使城市充满生机和活力,作为城市排涝泵站设计的指导思想;把先进技术产品、先进的设计理念,应用到工程设计中去,并善于总结经验,才能使城市排涝泵站满足美化、亮化城市环境的要求。笔者通过南昌市前湖电排站中大型高压潜水轴流泵(以下简称潜水泵)的应用为例,介绍了潜水泵在城市排涝泵站中的应用,供各位同仁参考。

1 潜水泵的简介

潜水泵是机电一体化高科技产品。近年来,由于潜水泵在密封、绝缘、冷却和监控等技术有了长足进展,同时还成功地实现了泵站与自排闸的出水管道共用,从而使大口径潜水泵的推广应用速度明显加快。由于泵站采用潜水泵,在工程布置上做到一个新形布置方式,使抽排、自排共用一个建筑物。而常规泵站,泵站与自排闸为分建式布置,抽排、自排不能共用一个建筑物,工程投资大。另外,潜水泵能够快速安装检修、运行噪音低,设备的可靠性和使用寿命都有显著提高,是常规轴流泵站无法相比照。

潜水泵近几年来在国内发展很快,单机容量最大已达1000kW,进水流道一般采用簸箕型流道,泵室一般为混凝土井筒式。潜水泵的电动机是干式全封闭潜水三相异步电动机,可长期浸入水中运行,具有传统机组无可比拟的优点。潜水泵与立式轴流泵相比较其优点如下。

(1)电机与泵构成一体,无需在安装现场进行电机--传动机构--水泵轴线对中的装配工序,现场安装方便、快速。

(2)由于潜入水中运行,可以大大简化泵站上部建筑工程。

(3)泵站噪声低,无高温,改善操作环境,保持地面的环境风貌。

(4)潜水电机采用双重或三重机械密封,防潮绝缘。

(5)操作方便,易于实现自动控制。

(6)解决水位涨落大的沿江、湖泊地区建泵站的防洪问题。

2 前湖电排站中泵的选型比较

前湖电排站位于南昌市红角洲地区,是南昌市高级文教、科研、商住园区,规划总用地面积25km2,总人口25万人。前湖电排站承担南昌市红角洲城区的排水任务,泵站位于沿江大堤4+300m附近,紧邻赣江南大道的西侧布置。由于沿江大堤西侧为赣江南大道,因此,前湖电排站站址,不能紧邻沿江大堤堤后布置,由此出水涵管需穿越赣江南大道、沿江大堤后,把涝水排入赣江,出水涵管单根总长度为160m。红角洲地区总集雨面积61.8km2,其中前湖水库坝址以上47.1km2,坝址以下14.7km2。前湖电排站是一座自排、抽排、供水多功能泵站;是结合城市建设景观的花园式泵站;是结合城市防洪、防内涝调控自动化的泵站。前湖电排站设计排涝流量27.7m3/s,排涝泵站装机容量3000kW,供水泵站装机容量190kW,供水流量2.8m3/s,泵站总装机容量3190kW。前湖电排站设计内水位为17.50m,最低运行内水位16.80m,最高运行内水位18.50m。根据堤防的设计标准,确定泵站最高运行外水位为24.26m(P=1%),设计外水位23.09m(P=5%洪水3日平均水位),最低运行外水位17.5m(取水泵启排水位)[1]。

南昌市地处赣江下游,赣江水位涨落大,汛期赣江水位高时泵站需开机排水,其余时段为涝水自排入赣江,解决出水涵管自排与电排的共用问题,可节省涵管长度50%,选用什么样的泵型才能解决涵管的共用问题;同时前湖电排站处于红角洲城区赣江观光带处,泵站布置是园林式还是工业厂房型,将直接影响城市景观。为此,前湖电排站的泵型比较,综合了泵站布置,并首创提出潜水泵站与自排闸,交叉、平行、错层式的闸站合建布置方法,使潜水泵在城市排水泵站的应用前途更为宽广。在轴流泵泵站布置中,中小型轴流泵按湿室型泵站布置时,闸站合建布置是常用方法,但大型轴流泵,进水流道一般需布置肘型或钟形流道等,泵房布置采用干室型泵站,在泵房内布置自排流道将切割泵房水泵层通道,故闸站分建式;泵站水泵运行扬程在9.0m以下,且排涝流量较大,适合采用立式轴流泵或潜水轴流泵。为了优选方案,选择了1600ZLB-6型、1200ZLB-85型立式轴流泵和1300ZDB-50型潜水轴流泵三个方案进行比较。我们对上述三个方案作了进一步的技术经济比较工作,详见表1。

表1 各方案技术经济指标比较表

从表1可以看出,方案二较方案一、三具有以下优点。

(1)方案二采用的潜水泵方案是机电一体化产品,技术先进,结构紧凑,噪音低,运行稳定性好,电机置于流道中,电机发热通过水体带走,冷却效果好。同时,机组预埋件少,安装简单,可缩短安装工期;运行维护工作量小,设备控制相应简单。

(2)方案二可充分利用已建自排出水箱涵和金结设备,相应节省该项投资,同时可缩短施工周期。

(3)从三个方案的综合经济指标来看,方案二比方案一节省投资356.25万元,比方案三节省投资115.91万元。

综上所述,方案二比方案一、方案三优越,故推荐采用方案二。该方案为6台1300ZDB-50型潜水轴流泵,配套异步电机型号为YQGN990-16。泵站结构图见图1。

图1 泵站结构图

3 前湖电排站的布置

南昌市前湖电排站位于沿江大堤红角洲喻家村段,根据城市规划,红角洲地区是文教、科研、商住园区和休闲旅游渡假区,将建成阿姆斯特丹水城,工程紧邻傩文化公园和赣江市民公园。

前湖电排站根据潜水轴流泵的特点,在机组混凝土井筒之间布置了自排和引水流道,并通过闸门控制,使自排闸与电排站有机结合,穿堤箱涵起到了抽排、自排和城市景观换水三者合一的功能。泵站进水流道为簸箕型,流道宽度2.99m,混凝土井筒内径1.8m。机组最小间距4.05m,自排闸底板高程14.4m,进水流道底板高程12.20m。因流道宽度大于机组尺寸1.0m以上,且自排闸闸底位于流道上部,故泵站与自排闸采用交叉、平行、错层布置,即两台机组之间设自排闸为一组,共三组。机组井筒混凝土为自排闸闸墩,迎水面总宽31.73m。如采用泵站自排闸平行分段布置,则迎水面长度达38.5m,现泵站与自排闸交叉、平行、错层布置,缩小前池及泵房段宽度6.77m,减少了工程投资和占地。总体布置效果图见图2。

图2 总体布置效果图

建筑物立面简洁明快,纯净透出“古典”与“现代”的品味。运用红瓦、面砖墙和白色的角线、柱式等欧式造型元素以及大片玻璃等材质,尤其是巧妙地将罗马柱廊与水泵出口通气孔及拍门起吊结合,形成了本工程的一道亮丽风景,使建筑物更具欧式特色和园林式风格,在国内泵站工程中实属首创。

实践证明,综合自动化系统建成后,经过4年的运行,不仅提高了泵站运行的安全性、稳定性和可靠性,提高了工程抗灾能力,而且降低了运行维护成本,社会效益、经济效益和生态效益均非常明显。该系统的成功应用,为南昌市水利建设现代化、信息化事业奠定了一个良好的基础,也为城市防汛信息系统的建设提供了宝贵的经验。

4 结 语

前湖电排站根据工程所处位置,在水泵选型上突破了传统思维的约束,通过技术、经济和环境友好等诸多环节进行综合比较后,选择采用大型高压潜水泵方案。通过采用一种新型交叉、平行、错层布置形式,不仅减少了工程投资和占地,使抽排、自排和城市景观换水三者合为一体,达到了工程总体布局与周边环境融为一体的良好水生态效果。在当今城市排涝工程与城市现代化建设紧密结合的年代,潜水泵将越来越受到城市水利建设者的关注,前湖电排站的建设经验,对城市建设景观相协调,提出了一些具体的对策,实现了人、水生态环境与城市的和谐发展,对建设山水城市、生态城市,提高南昌市城市品位,妥善处理城市排涝工程建设与城市建设发展的关系,发挥了及其重要的作用。工程经过4年多的运行,不仅安全、稳定和可靠,而且降低了运行维护成本,社会效益、经济效益和生态效益均非常明显。该工程在2009年荣获江西省第十三次勘察设计“四优”评选二等奖。

[1]南昌市前湖电排站初步设计报告[R].江西省水利规划设计院.江西,2006

TH31

B

1008-1305(2011)01-0057-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2011.01.019

陶柏强(1953年-),男,工程师。

简 讯

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