雨水泵站水泵選型配置有哪些要求？某機(jī)場雨水泵站設(shè)計，值得學(xué)習(xí)
龍華機(jī)場地區(qū)位于上海市徐匯區(qū)東南部，黃浦江沿岸，處于黃浦江上游準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，距市中心人民廣場約5～7ｋｍ。龍華機(jī)場排水系統(tǒng)為分流制排水系統(tǒng)，系統(tǒng)服務(wù)范圍為：東...
龍華機(jī)場地區(qū)位于上海市徐匯區(qū)東南部，黃浦江沿岸，處于黃浦江上游準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，距市中心人民廣場約5～7ｋｍ。龍華機(jī)場排水系統(tǒng)為分流制排水系統(tǒng)，系統(tǒng)服務(wù)范圍為：東起黃浦江，西至龍吳路，南起龍耀路，北至龍華港，服務(wù)面積2.26ｋ㎡。系統(tǒng)內(nèi)雨水經(jīng)收集后經(jīng)龍華機(jī)場雨水泵站提升排入黃浦江。雨水泵站建設(shè)規(guī)模為15.8?/ｓ，旱季污水截流設(shè)施規(guī)模為2100?/ｄ，泵站位于龍騰大道以西、豐谷路以北，占地面積約4972.4㎡。目前龍華機(jī)場雨水泵站已竣工完成。
泵站基本情況
（1）泵站設(shè)計規(guī)模與水泵配置
龍華機(jī)場排水系統(tǒng)設(shè)計暴雨重現(xiàn)期P＝1年，綜合徑流系數(shù)Ψ＝0.6，排水系統(tǒng)總管設(shè)計流量為13.2?/s，雨水泵站配泵流量按系統(tǒng)總管設(shè)計流量的1.2倍，即雨水泵站建設(shè)規(guī)模為15.8?/s。為減少黃浦江的水質(zhì)污染，泵站內(nèi)設(shè)置污水截流設(shè)施。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，龍華機(jī)場排水系統(tǒng)的規(guī)劃污水量為10265?/d，旱流污水截流量按地塊平均日污水量的20％考慮，即污水截流設(shè)施規(guī)模為2100?/d，總變化系數(shù)Kz=1.93。
雨水泵站進(jìn)水總管管徑為φ3000，管內(nèi)底標(biāo)高為-3.87ｍ。雨水經(jīng)雨水泵站提升后排入黃浦江。雨水泵共選用６臺干式抽芯軸流泵，單泵流量2.64?/s，揚程7.22ｍ，功率315ｋＷ。樹上鳥教育給排水設(shè)計楊老師
旱季截流污水經(jīng)污水截流泵提升后經(jīng)豐谷路→云錦路污水管下截流管，最終排入上海市污水治理二期總管。污水截流泵共選用3臺潛水離心泵，單泵流量47L/s，揚程9.22ｍ，功率9ｋＷ。平時開1臺污水泵，特殊情況開2臺，另外1臺污水泵放在倉庫冷備用。
(2)泵站總體布置
龍華機(jī)場雨水泵站位于徐匯濱江規(guī)劃Ｃ單元高品質(zhì)區(qū)域，考慮到泵站所在區(qū)域的高品質(zhì)、高端化定位，為形成與周邊環(huán)境和諧并存的關(guān)系，助力徐匯濱江整體環(huán)境品質(zhì)的提升，該工程結(jié)合地下結(jié)構(gòu)合理布局，采用合建方案，即所有地面建筑均在地下結(jié)構(gòu)上部進(jìn)行集中一體布置，以此確保城市街口空間獲得更佳的通透度和開闊感，并最大限度拓展站區(qū)綠化空間。項目總體平面布置如圖１所示。
泵站內(nèi)地下構(gòu)筑物：進(jìn)水閘門井、進(jìn)水漸擴(kuò)箱涵、泵房、出水閘門井及出水漸擴(kuò)箱涵由西向東依次布置。泵站變配電間、控制室和管理用房均設(shè)置在泵房的上部。此外，在泵站的西南位置設(shè)１座電業(yè)公用配電站（開關(guān)站）。
泵站內(nèi)設(shè)ＤＮ1500試泵回流管，由出水閘門井至進(jìn)水閘門井。雨水泵的試運轉(zhuǎn)可利用雨水管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的余水，或可開啟出水閘門，引入黃浦江水進(jìn)行水泵試運轉(zhuǎn)。
(3)泵站工藝設(shè)計
泵站進(jìn)水閘門井內(nèi)徑4ｍ×8.6ｍ，內(nèi)設(shè)２臺2.8ｍ×2.2ｍ閘門以及１臺Ψ600ｍｍ閘門，用于檢修后續(xù)的格柵、水泵等設(shè)備。進(jìn)水閘門井出水通過尺寸為2-2.8×2.2ｍ～4-2.8×2.2ｍ的進(jìn)水漸擴(kuò)箱涵進(jìn)入泵站的格柵井，雨水經(jīng)過格柵進(jìn)入泵房集水池。雨水泵房采用沉井法施工，平面凈尺寸為22.9ｍ×32ｍ，埋深約12ｍ。
出水閘門井設(shè)２臺3.6ｍ×2.2ｍ閘門以及１臺Ψ1500圓閘門，分別用于泵房內(nèi)的設(shè)備檢修及雨水泵的試運轉(zhuǎn)。出水漸擴(kuò)管尺寸為2－3.6ｍ×2.2ｍ～4－3.6ｍ×2.2ｍ，長約75ｍ，管內(nèi)底標(biāo)高為0.00ｍ，管內(nèi)頂標(biāo)高為2.20ｍ，控制出口最大流速≤0.5m/s。雨水泵房的下部平面及剖面如圖２、圖３所示。
旱季污水截流泵房與雨水泵房合建，位于泵房沉井內(nèi)。晴天時，雨水泵不開啟，雨水管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的混接污水通過進(jìn)水閘門井→雨水格柵后再經(jīng)ＤＮ600污水截流管接至污水泵房，經(jīng)污水截流泵提升至豐谷路下ＤＮ600污水專用截流管。污水截流泵還可用于雨水泵房集水井的抽空。為防止污水截流泵房集水池淤積，池底設(shè)置具有較大坡度的流槽，并在格柵前后的頂板位置設(shè)向下噴射的高壓沖洗管，由電磁閥控制定期開啟沖洗。
工程設(shè)計特點
(1)新型水泵循環(huán)冷卻水水箱溢流裝置
目前，雨水泵站常選用的泵型有潛水軸流泵、傳統(tǒng)干式軸流泵和干式抽芯軸流泵，并都有大量的成熟案例。龍華機(jī)場雨水泵站綜合投資、運維便捷程度以及防汛安全等多角度考慮，選用了干式抽芯軸流泵。干式泵配套的電機(jī)均需設(shè)外部冷卻系統(tǒng)，干式抽芯軸流泵的電機(jī)冷卻進(jìn)水壓力要求在0.2～0.4MPa。
經(jīng)調(diào)研正在運行的類似雨水泵站，其設(shè)計的干式抽芯軸流泵冷卻水系統(tǒng)通過市政給水管網(wǎng)直供，運行以后存在系統(tǒng)進(jìn)水壓力不滿足要求的情況，后期進(jìn)行了改造，通過在市政直供的給水管道上設(shè)置管道增壓泵予以解決。但是由于管道增壓泵會對市政給水管網(wǎng)運行造成不利影響，該方法目前已不再適用。
龍華機(jī)場雨水泵站在設(shè)計過程中進(jìn)行優(yōu)化，首先，在水泵平臺下方的設(shè)備夾層配備低位水箱，自市政給水管網(wǎng)引一根ＤＮ100給水管進(jìn)水至水箱，再通過增壓泵從水箱吸水增壓，將清水輸送至水泵電機(jī)用于冷卻，冷卻后的水最后回流至低位水箱，從而形成一套水泵循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
通常水箱會配備溢流管，以防進(jìn)水浮球閥損壞時，水箱內(nèi)的水溢出造成水淹，溢流管排入專門的集水坑，集水坑內(nèi)設(shè)置水泵，用于收集水箱溢流管的出水。正常運行的條件下，當(dāng)水箱內(nèi)的水位超過溢流水位時，水將沿溢流管流出，排至集水坑，當(dāng)集水坑內(nèi)的水位標(biāo)高達(dá)到一定值時，集水坑內(nèi)的排水泵開始工作，將水抽至室外。
但是如遇水箱進(jìn)水浮球閥損壞，而同時集水坑內(nèi)的排水泵發(fā)生故障（實際工程中出現(xiàn)過此類情況），水箱內(nèi)的水將不停地通過溢流管排至集水坑，如未能及時發(fā)現(xiàn)故障，將造成集水坑滿溢，引起淹水事故。龍華機(jī)場雨水泵站的水箱及集水坑設(shè)于地下夾層，一旦發(fā)生淹水事故，將造成嚴(yán)重后果，可能導(dǎo)致泵站停止運行。
針對以上問題，該工程創(chuàng)新性地采用了一種泵站循環(huán)冷卻水水箱的溢流裝置，將泵房內(nèi)循環(huán)冷卻水水箱溢流管連接至雨水集水池，溢流管與水箱連接處的出口設(shè)于水箱常水位以下1m（溢流管標(biāo)高為3.50m，常水位4.50ｍ），再經(jīng)一段豎管向上彎折（標(biāo)高為4.60ｍ），使溢流管標(biāo)高恢復(fù)正常的溢流水位標(biāo)高（見圖４）
在水箱正常水位條件下，與水箱連接的一段溢流管由于位于常水位以下１ｍ，管內(nèi)會充滿水而形成水封，阻止集水池內(nèi)的臭氣進(jìn)入水箱及電機(jī)房；而當(dāng)水箱進(jìn)水浮球閥損壞，水箱內(nèi)水位超過溢流水位時，水便經(jīng)溢流管排至集水池。此種水箱溢流管設(shè)計形式可以有效解決水箱進(jìn)水浮球閥損壞而同時集水坑內(nèi)的排水泵發(fā)生故障時可能造成的淹水問題，有效保障泵站安全運行。冷卻水水箱溢流裝置如圖５所示。
(2)污水截流格柵設(shè)置于雨水粗格柵下游
常規(guī)雨水泵站中旱流污水截流是通過在進(jìn)水閘門井中設(shè)旱流污水截流管，將污水截流至單獨的污水提升泵房中，污水泵房中設(shè)置細(xì)格柵，截流污水經(jīng)過細(xì)格柵后再通過污水泵提升排放。但由于旱流污水中垃圾較多，而細(xì)格柵間隔較窄，旱流污水直接進(jìn)入污水泵房會造成傳統(tǒng)污水格柵的柵渣負(fù)荷較大，不僅為泵站日常運營管理帶來了諸多不便，大量柵渣外運也對周邊環(huán)境造成影響。而龍華機(jī)場雨水泵站位于徐匯濱江規(guī)劃Ｃ單元高品質(zhì)區(qū)域，地理位置具有一定敏感性，設(shè)計過程中更需充分考慮對周邊環(huán)境的影響。
因此，該工程中因地制宜地將污水截流格柵設(shè)置于雨水粗格柵后，運行過程中旱流污水通過雨水格柵后再經(jīng)ＤＮ600污水截流管接至污水泵房，則進(jìn)水管中的大顆粒固體污染物率先通過雨水格柵去除，小顆粒物質(zhì)再通過污水格柵后進(jìn)入污水集水池，從而降低了污水格柵的運行負(fù)荷，有利于泵站的日常運行管理，也降低了對周邊環(huán)境的影響。污水截留泵房下層平面如圖６所示。
(3)“隱形”的閘門啟閉機(jī)
龍華機(jī)場雨水泵站共選用６臺干式抽芯軸流泵，為便于泵站運行管理，該工程采用了分倉設(shè)置，即６臺水泵布置在兩倉，兩倉之間的隔墻上設(shè)置了雙向受壓的閘門。以往泵站內(nèi)管理用房、變配電間等建筑物獨立布置，泵房上部無建筑物或上部建筑不受景觀限制，則閘門啟閉機(jī)布置于泵房頂板上即可。
龍華機(jī)場雨水泵站位于徐匯濱江，定位高品質(zhì)、高端化，建筑景觀要求非常高，該泵站所有地面建筑均在地下結(jié)構(gòu)上部進(jìn)行集中一體布置，分倉閘門啟閉機(jī)的位置占用了上部建筑空間，位于建筑中心地帶的“陽光走道”上方，不僅影響人員走動且視覺效果欠佳。
為了解決以上問題，該工程按照閘門啟閉機(jī)的實際高度，綜合考慮泵站運行水位，在泵房頂板下２ｍ處設(shè)置了中板，作為閘門啟閉機(jī)平臺，閘門預(yù)埋鐵板，起吊孔均設(shè)置于中板平臺，上部采用不銹鋼蓋板與建筑地坪做平，既滿足視覺景觀、確保走道通暢，又不影響使用功能，從而解決了分倉閘門啟閉機(jī)位置的問題，稱為“隱形”的閘門啟閉機(jī)。
FLUENT三維數(shù)值模擬驗證
泵站前池、集水池、出水池等是否設(shè)計得當(dāng)，直接影響水泵的運行狀況，設(shè)計不當(dāng)時，池內(nèi)流速過快流態(tài)紊亂，給水泵帶來不理想的工作環(huán)境，降低了水泵工況從而增加運行成本。因此，該工程在前期采用計算機(jī)流體力學(xué)模擬軟件FLUENT臺，對龍華機(jī)場雨水泵站的水力流場建立了三維數(shù)值模型，分別針對單泵運行、雙泵運行和三泵運行３種工況進(jìn)行了模擬，以優(yōu)化泵站水力流態(tài)，減小泵站水損，使水泵揚程和功率最小化，降低泵站能耗，減小碳排放量，使泵站竣工后盡量做到清潔生產(chǎn)。
根據(jù)模擬結(jié)果，單泵運行、雙泵運行和三泵運行３種工況下下，泵站構(gòu)筑物中流態(tài)分布基本相似。泵站前池的下層流速明顯高于表層流速。水流經(jīng)過泵站前池流入泵站吸水室時，泵站前池會出現(xiàn)淹沒式水躍現(xiàn)象，但對泵站主流流態(tài)基本無影響。自進(jìn)水箱涵—泵站前池—泵站吸水室的水流方向，存在著明顯的水流主流區(qū)，水流主流方向與泵站設(shè)計池型基本一致；此外，泵站構(gòu)筑物設(shè)施中流態(tài)均勻，無明顯的死水區(qū)和回水區(qū)。這就表明，泵站能在不同工況下穩(wěn)定運行，工藝設(shè)計合理，滿足區(qū)域雨水排水的要求。
結(jié)語
目前，龍華機(jī)場雨水泵站正在日常運行中，運行結(jié)果顯示效果較好，達(dá)到了設(shè)計要求，發(fā)揮了良好的作用。
龍華機(jī)場雨水泵站創(chuàng)新性采用了一種泵站循環(huán)冷卻水水箱的溢流裝置，將溢流管連接至雨水集水池，避免造成淹水事故，有效保障泵站安全運行，已獲得發(fā)明專利證書。設(shè)計過程中因地制宜，將污水截流格柵設(shè)置于雨水粗格柵下游，降低了污水格柵的運行負(fù)荷，有利于泵站的運行管理并降低對周邊環(huán)境的影響。
同時，為了滿足建筑景觀效果，同時不影響使用功能，設(shè)計了一種“隱形”的閘門啟閉機(jī)。經(jīng)FLUENT三維數(shù)值模擬驗證，泵站能在不同工況下穩(wěn)定運行，水力流態(tài)均勻，工藝設(shè)計合理。
