高负载一体化预制泵站优化设计

马金星 周晨 朱霞 刁正芳 吕虎

摘 要：一体化预制泵站在我国经过一段时间的推行，应用范围越来越广，泵站设计流量、扬程、装机功率也越来越大，如何解决这些大流量高负载工况的优化设计问题值得讨论。本文通过合理选择筒体的数量，合理处理筒体之间的连接布置，和单个大流量筒体内部的优化设计，提出一些优化建议，对于提高一体化预制泵站在大流量高负载工况下的流态，减小运行振动与噪声具有参考意义。

关键词：一体化泵站;预制泵站;多筒并联;大流量;高负载

一、 一体化预制泵站现状

一体化预制泵站，占地面积小，集成化程度高，在安装位置开挖基坑，对基坑底部压实、填筑基层、浇筑混凝土，使安装基础硬化稳固，然后将预制筒体固定于混凝土基础上，回填、压实，同时连接进出水管路，最后安装主水泵、格栅和控制柜。传统混凝土泵站的投资大，建设周期长，占地面积大。相比传统混凝土泵站，一体化预制泵站的工期和集成化具有非常明显的优势。预制泵站主要应用于雨水或污水的收集和泵送，多为中小型泵站，可解决农村、城市、厂区、园区等中小型泵站的快速建设问题。由于运输条件的限制，预制泵站单个筒体的直径最大为3.8～4m，筒体内空间有限，除了安装水泵，还需要集成出水管路、阀门、格栅等设备。随着一体化预制泵站的广泛应用，已经成为国内外市政工程、水利工程应用的热点。

二、 一体化预制泵站存在的问题

预制泵站的设计与运行仍存在一些需要深入细化的问题：第一，由于一体化泵站筒体为圆形，缺少传统混凝土泵站的导向整流流道，在水泵吸入口处，筒体底部、壁面的形状设计如果空间过小，将会带来不利的吸入流态和漩涡，同时可能引起泵的振动与噪聲，如果空间过大，泵吸入口的流速就会过小，可能在筒底和泵吸入口产生污物淤积。第二，由于筒体内部空间紧凑，没有设置有效的隔离设施，筒体内的水泵同时开启运行时，可能存在相互干扰的现象，这将导致泵流量不稳定，引起叶轮的不平衡力，产生振动、噪声、降低泵效率。第三，目前的预制泵站适应大流量高负荷的能力较差，从而限制了预制泵站的应用。

三、 大流量高负载一体化预制泵站的优化设计方向

要解决大流量高负载一体化预制泵站的设计问题，主要有两个方向：一是采用多筒体并联，单个筒体的流量有上限，增加筒体的数量，从而提高泵站整体的流量。二是提高单个筒体的流量上限，通过合理的设计筒体底部、壁面、导流引流装置，使得大流量的水泵能够适用圆形筒体，且不会产生不利的振动和噪声。

根据泵站设计规范，污水泵站有效容积，应能保证单台最大流量水泵运行5min的体积，雨水泵站有效容积，应能保证单台最大流量水泵运行30s的体积。大流量高负载预制泵站，如果要满足以上要求，而又不增加筒体直径，则需要增加筒体深度，过深的筒体深度，既增加了土建施工的难度和成本，也增加了玻璃钢筒体的制造成本，因为要考虑足够的抗土压力的能力。因此，建议结合混凝土泵站和预制泵站的优点，增加进水池。

四、 多筒并联方案的优化设计

对于多筒并联设计，主要考虑筒体之间进、出水不能互相干扰。两个筒体并联运行，进水管采用Y型结构，并且在设计时要做到完全对称，不建议采用F型结构，这样，两个筒体吸入的流量可能有差别，导致相同的水泵负荷不同、运行工况不同，产生一些不可预见的问题。双筒体并联的出水同样建议采用Y型结构，出水管路的支管长度应适当加长，距离筒体过近，一是汇合流态互相干扰较为严重，二是汇合流态干扰引起管路振动，可能影响一体化预制泵站整体稳定性。远离筒体设置管路汇合点，管路通常埋地敷设，不会干扰筒体，同时由于单管长度较长，整流效果好，汇合冲击相对小。

对超过两个筒体并联设计的方案，建议采用进水池，结合固定式泵站和一体化预制泵站的优点，进水池既能保证各个筒体进水均匀、相当，又能有效提高泵站的有效容积。接入进口池的进水管，建议设置闸门，在进水池底需要清理淤积时使用，同时也能预防泵站超流量运行。出水建议参考双筒体并联的方式，多个筒体直出一定距离后，分别汇总至总管上，也即设置多个汇总点，减少相互干扰。

多筒并联的方案，要注意基坑开挖与混凝土基础制作，预防不均匀沉降。

五、 单筒大流量方案的优化设计

单筒大流量一体化预制泵站，建议采用单台轴流泵或混流泵，不建议使用2台或多台大流量水泵并联运行于同一筒体内的方案，因为，由于流量太大，很难解决泵间干扰的问题。单台轴流泵或混流泵，完全可以成倍的提高一体化预制泵站的泵送能力。

六、 一体化预制泵站的应用建议

第一，一体化预制泵站大部分采用玻璃钢材质，相比混凝土泵站，其抗渗、节能降耗具有显著的优势，但目前，玻璃钢筒体的质量参差不齐，尤其是筒体在受力不均时，非常容易开裂。

第二，玻璃钢材质在高扬程、大流量高负载等易发生停机水锤工况下，寿命与安全不足，可以考虑钢质材料。

第三，对于筒体直径较大，需要现场制作的一体化预制泵站，亦不建议采用玻璃钢材质，一是玻璃钢制作过程不够环保，二是由于现场条件的限制，不能保证制作质量。

参考文献：

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[2]侯继燕，罗伟，贾韬，等.一体化污水提升泵站的应用探讨[J].西南给排水，2013（1）：4-6.

[3]栾金秀，谭晓强，辛健，等.地埋式一体化泵站的设计和应用[J].通用机械，2014（5）：80-82.

作者简介：马金星，周晨，朱霞，刁正芳，吕虎，江苏中兴水务有限公司。