泵站机组选型与闸站布置形式研究

刘欣桐，潘孝兵

（安徽水安建设集团股份有限公司综合设计院，安徽 合肥 230009）

现阶段水利工程不仅要解决防洪、灌溉、供水等问题，也面临着严峻的水生态环境问题。随着城镇化的快速发展，在城乡“水清岸绿、鱼虾洄游、环境优美”的建设步伐下，城乡河湖治理需要兼顾防洪、排涝、灌溉、引水、改善水环境等功能。在泵站枢纽设计中，人们对功能及景观方面也有了更高层次的要求，而水机设备的选型及布置设计是否科学合理，决定着其综合效益是否能得到充分发挥。

1 工程规划参数

斗沟排涝站工程位于安徽省临泉县泉河右堤与高铁排涝沟交汇处，新建斗沟站具有抽排、自排及引水功能，设计抽排流量为36.0m3/s，设计自排流量为40.0m3/s。为避免站身直接防洪，选用堤后式泵房布置。

2 水泵机组选型

2.1 泵型选择

该站设计净扬程为2.64m，净扬程运行范围为0～4.0m，适宜选用的水泵类型为轴流泵。根据轴流泵的结构形式，其可分为常规轴流泵和潜水轴流泵。在技术上，此两种泵的性能参数基本相同。潜水轴流泵安装形式主要有立式安装、卧式安装（贯流式）、斜式安装3种。其中斜式泵，相对而言可靠性不高，已经很少使用。贯流式主要有潜水贯流、灯泡贯流、竖井贯流、全贯流等几种形式。由于国内应用较少，运行管理经验较为缺乏，因此该站亦不推荐使用。

立式轴流泵有技术相对成熟、维修方便、设备造价相对较低等优点，但泵站噪声和布置都对周围环境有一定影响。潜水轴流泵虽然需返厂维修，水泵效率略低于立式轴流泵，但该泵具有结构紧凑、安装快捷方便、无须修建上部厂房、运行起来对周围环境影响较小等特点，特别是城市排涝泵站易于厂区景观布置。鉴于该站位于城市规划新区，属城市排涝泵站，对泵站的环境及景观要求较高，因此推荐选用立式潜水轴流泵方案。

2.2 水泵台数确定

根据规划设计总排涝流量，考虑到水泵实际出水能力与理论计算值可能会有一定的偏差，因此，水泵选型时留有一定余量，按总装机流量的5%～10%考虑。由于该站规划流量较大，为方便运行管理采用大小泵搭配的形式，拟定2种潜水泵方案，方案1采用4台（大泵）+2台（小泵），方案2采用6台（大泵）+1台（小泵），2种方案进行比选，比较情况如表1所示。

表1 机组台数方案比较表

从表1可看出，2个方案的流量、扬程等均能满足规划要求，均运行在水泵的高效区。方案性能方面，方案1的大泵1600ZDBX-100J效率较方案2的1400ZDBX-125高3.9%，效率优势明显，同时泵的nD值较低,水泵抗侵蚀性能较好。综上所述，选择方案1即4台1600ZDBX-100J型潜水轴流泵加2台1000ZDB-125型潜水轴流泵。

3 闸站布置形式比选

斗沟排涝站布置原则：（1）根据站址地形条件，优化前池进水池的布置，改善泵站进出水流态，减少扬程损失，提高泵站装置效率；（2）同时具有抽排、自排功能的泵站，一般水位变幅不大，扬程不高，尽量采用闸站合建布置形式，即泵站抽排、自排均共用一个穿堤压力箱涵，以减少排涝出水涵数量；（3）尽量选用堤后式泵房布置，避免站身直接防洪。泵站的总体布置要做到布置紧凑、施工便利、少占耕地、运行管理方便。

根据闸站规模、任务及进出水条件，泵房选用堤后式布置，在选择立式潜水轴流泵的前提下，可供选择的闸站布置形式主要有3种方案。方案1：水闸与泵站并列分开布置。自排闸与泵站分开建设，各自设计独立的进、出水流道及穿堤箱涵，鉴于斗沟站以机排为主，泵站采用正向进水、正向出水。方案2：立面分层布置。立面分层布置即泵站压力水箱底板下设一底洞，通过闸门控制自排和抽排工况，泵站布置在水闸的上层，下层为箱涵式水闸，泵站与水闸共用进、出水流道。方案3：水闸与泵站并列合建布置。此方案单向流道和双向流道并行布置，6台机组共用一个进、出水流道，中间为4台大机组，为单向流道，两侧小机组为立面分层布置，通过闸门控制可实现双向引、排水。

因为该站自排流量比泵站机排流量大，经综合分析认为，方案2由于下层水闸为箱涵过流，系孔口出流，过流能力差，同时，水闸泄流经过钟形进水流道，水流边界条件较差，适用于自排过流量较小的泵站。方案1水闸与泵站并列分开建设，泵站和水闸有单独进、出水流道，水流条件较好，过流能力有保障。此方案需设2道进出水流道及穿堤箱涵，工程占地和建筑规模均较大；同时，自排与抽排共设置4道闸门，运行管理不方便。方案3水闸与泵站并列合建，泵站与水闸均为正向进水、正向出水，中间4台大机组为单向流道，两端小机组双向流道。此种布置形式一方面很大程度上规避了大、中型泵站闸站合建布置形式产生的水流问题，另一方面通过大小泵结合布置形式，方便了运行管理，开机快速，不需要等内河水位抬高。同时，小机组采用立面分层布置，通过闸门控制可实现自排、机排的切换。总之，方案3（水闸与泵站并列合建布置）总体布置紧凑，相应土建工程量小，管理运行方便。

4 闸站总体布置形式的选择及成果

斗沟排涝站工程采用方案3布置形式。具体如下：站身为堤后式，泵室规模为6孔，共安装4台1600ZDBX-100J型和2台1000ZDB-125型潜水泵，配4台YQGN990-6（带减速器）和2台YQGN740-12电机。6台机组在平面上呈一列式布置，其中4台1600ZDBX-100J型潜水泵布置在中间，采用肘型进水流道，单台水泵进水室净宽4.6m，墩墙厚1.0m，机组中心距为5.6m，流道进口设置简易拦污栅、检修闸门，出口设置事故快速闸门和拍门。2台1000ZDB-125型潜水泵布置在站身两端，进水室高程为26.2m，净宽4.0m，流道进口设置简易拦污栅，出口设置拍门。水泵出水流道中心高程分别为31.35m和31.40m，检修层高程为35.90m，高出内河防洪水位2.3m。站身上部不设主厂房，水泵、电机及闸门安装、检修采用汽车吊。站身出水侧设压力水箱，在平面上呈梯形布置，始端宽31.2m，末端与出水箱涵等宽为8.70m，顺水流向长22.0m，箱内设5个分流墩，分水墩厚0.6m。

5 结束语

泵站与排水闸结合的排涝泵站枢纽，枢纽布置时除了满足泵站抽排的要求，还要考虑可能的自排、自引、抽引等功能需求，以达到一站多用的目的。

从水闸与泵站合建的角度看，方案2（立面分层布置）水闸与泵站结合最密切，两者共用进、出水流道，水闸与泵站在平面上重叠，工程占地最小，这种布置形式适合于小型泵站，自排流量较小情况。对于大中型泵站，闸站合建布置形式产生的水流问题需采取必要措施，需通过数模和水力模型试验进行验证。

方案3（水闸与泵站并列合建布置），根据排涝泵站枢纽功能优先顺序，优先保证排涝泵站枢纽的抽排功能要求，保障此种工况的安全、稳定、高效运行。通过大小泵结合，方便运行管理，小机组采用立面分层布置，通过闸门控制可实现自排、机排的切换。对于有引水、抽灌任务的泵站，在压力水箱上层边墙设控制闸，可实现一站多用的目标。此方案总体布置占地小、穿堤工程量少、工程运行管理方便，适合绝大多数抽排流量较大又需要兼顾其他功能的泵站枢纽。

总之，方案1为常规方案，适用条件较广；方案2、方案3能减少穿堤工程量，各有特点和适用条件。因排涝闸站往往以机排为主，因而方案3较方案2在大中型泵站中有着较广泛的应用前景，能够达到一站多用的目的。