水利泵站设计及其安全运行探析

□李雪松（吉林省水利水电勘测设计研究院）

水利泵站设计及其安全运行探析

□李雪松（吉林省水利水电勘测设计研究院）

泵站是水利工程中较为重要的组成部分之一，它的运行安全、稳定、可靠与否关系重大。为此，必须采取合理可行的方法对泵站进行设计，并通过有效的管理措施确保泵站安全运行。基于此点，文章从提水泵站的设计、泵站主要建筑物的布设、泵站及压力管道镇墩的稳定性分析以及确保泵站安全运行的有效措施4个方面对水利工程泵站的设计及其安全运行进行了论述。

水利泵站；设计；安全运行

1 提水泵站的设计

1.1 泵站布置

提水泵站采用直接取水的方式，即利用引水管直接从水库当中进行取水，然后经由压力管道将提取的水送入到出水池当中，再经由输水隧洞和输水管道将水直接输送到指定地点。该提水泵站的设计流量为0.59 m3/s，设计净扬程为55.60 m。

1.2 工程布置

该泵站位于重力坝后、河流右岸山坡下，泵站的主要建筑物如图1所示。

图1 泵站的主要建筑图

厂房的纵轴线采用平行于大坝的方式进行布设，与大坝轴线之间的距离为32.80 m。电站布置在泵站的左侧，变电站布置在泵站右侧的山上，与泵站的主厂房相邻；进水压力管道由电站的引水管进行引水，岔泵处中心高程为285.90 m，引水管共有2根，管径均为0.80 m，总长度为83 m，在进入泵站主厂房之前，汇入进水总管，再由此引出3根支管与水泵进行连接；压力钢管在出厂房之后直接汇入到出水总管，为使压力钢管的布设能够避开溢流坝挑流冲坑，在对压力钢管进行布设时，其前段沿着河右岸公路边行进84.50 m后，设置两处转弯段，通过万两河河道，当钢管过河之后，沿着河左岸的山坡进行布置，管道出口与出水池进行连接；出水池布设在河左岸的上坡上，地面高程约为360 m，桩号为0+135～0+144，出水经由水池消能之后直接进入到输水隧洞。

2 泵站主要建筑物的布设

2.1 主厂房

泵站的主厂房设计尺寸如下：24.80 m×9.80 m×16.25 m（长、宽、高），厂房内共安装了3台离心泵，3台离心泵均为卧式单级双吸，型号为SD250-480A，机组中心距设计为5.00 m，安装高程为286.80 m，配套的同步电机为3台，单台电机的功率P=315 kW。进水管和出水管的中心线高程分别为286.40 m和286.50 m，厂房底板与顶高程分别为285.70 m和301.25 m，吊车梁轨顶高程为297.00 m。厂房底板与边墙的厚度分别为0.70 m和0.60 m，在厂房内共计布设了5排排架，排架柱的上下柱尺寸分别为0.47 m×0.50 m和0.50 m×0.90 m。在主厂房的左侧位置处布设了一个平面尺寸为8.60 m×5.30 m的安装间，以此作为机组设备安装和检修的场地，其地面高程为289.20 m，进厂大门的宽和高均为4.00 m。根据电动机整体起吊的要求选择起重设备，经过技术经济性对比之后，决定选用电动型单梁LD桥式起重机，其容量为3 t、跨度为8.00 m。

2.2 副厂房

泵站的副厂房布置在电站厂房的左侧，位于电站副厂房的上层，副厂房与主厂房之间采用连通的方式进行布置，副厂房按照以下尺寸进行设计：30.50 m×11.54 m×4.60 m，底板顶高程为294.40 m，其中包含了中心控制室、高低压配电室和休息室等。

2.3 进水建筑

泵站利用引水管直接从水库当中进行取水，引水管为压力钢管，共计2根，直径均为0.80 m，总长度为83 m，2根引水压力钢管在泵房附近汇于1根管径为1.40 m、长度为12.50 m的总管上，从总管上分出3根直径为0.50 m的支管，与水泵进行连接。

2.4 压力钢管

其总长度为307.53 m，直径为1.00 m，在正常运行状态下的最大水头设定为78.00 m，整根压力管道上，共布置7个转角，其中水平转角2个，竖向转角3个，空间转角2个，并设置7个镇墩。为了进一步提高管道的抗冻性，在管道顶部覆盖了厚度2 m左右的土。同时，由于河道的冲刷较深，为确保管道顺利过河，其在河道下的埋深增加至3～4 m，在地势较为平缓的位置处，管道底部铺设了厚度为0.30 m的砂垫层，在爬坡段，管道底部设置了厚度为0.30 m的素混凝土底座。

2.5 出水池

泵站的出水池设置在压力管道的末端，起平顺水流和消能的作用，出水池的长宽深分别为6 m、2 m和1 m，出口的设计水位为359.60 m，水池上部设计了一个预制盖板和一个进人孔，以便检修之用。为了避免水池内的水在冬季温度较低的条件下结冰，在水池盖板上回填了厚度为1.50 m的碎石土覆盖层。

3 泵站及压力管道镇墩的稳定性分析

3.1 泵站稳定性分析

3.1.1 基础底面的应力计算

由于泵站设置在大坝后面，因此其不需要承受水平向的压力荷载，在泵站完建期的工况下，最大的应力值将会出现在基础底面，鉴于此，只需要对基础底面应力值进行计算即可，基底应力的计算公式如下：

3.1.2 泵房的稳定性计算

鉴于泵站布设的位置，不需要进行抗滑稳定性计算，只需要针对洪水期进行抗浮稳定性计算。抗浮稳定性安全系数可以按照下式进行计算：

式中：Kf表示抗浮稳定安全系数；表示作用于泵房基底以上的全部重力（单位：kN）；表示作用于泵房基底上的扬压力（单位：kN）。将相关数值带入到式（2）中，经过计算后得出泵房运行期的抗浮稳定安全系数为2.57，该值大于抗浮稳定安全允许值1.10，符合设计要求。

3.2 压力管道镇墩稳定性分析

镇墩全部位于花岗片麻岩上，其基础抗滑和基底应力均需要通过计算进行论证。镇墩的抗滑稳定性可按照下式进行计算：

式中：Kc表示镇墩的抗滑稳定安全系数；f表示镇墩底面与地基之间的摩擦系数；G代表镇墩本身的重量（单位：kN）；∑x和分别表示荷载在x轴和y轴方向的投影之和（单位：kN）。7个镇墩的抗滑稳定安全系数计算结果如表1所示。

表1 7个镇墩的抗滑稳定安全系数计算结果表

镇墩基底应力可按照下式进行计算：

1～7#镇墩的基础全部位于岩基上，地基的承载力为1800 kPa，经过计算1～7#镇墩的最大和最小应力值在43～150 kPa之间，符合承载力的要求。

4 确保泵站安全运行的有效措施

为了确保泵站投入使用后的安全、稳定、可靠运行，应当采取如下措施：首先，应在泵站正式投用前做好试运行工作，以此来确保泵站机组的安全运行；其次，要进一步强化对泵站枢纽的管理，如进水建筑物、出水建筑物等，为泵站的安全运行提供保障；最后，应当加大对涵闸的检查力度，排除各种可能影响泵站安全运行的隐患。

[1]王培兴.现代化泵站信息化与自动化技术探讨[J].水利现代化,2014(10):88-90.

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2016-05-12

（责任编辑：赵 鑫）

李雪松（1985-），吉林省大安市人，大学本科，工程师，研究方向：水利水电工程专业，水利规划方面。