泵站工程也稱提水工程,是通過消耗一定能量把水量提升到一定高度或輸送一定距離,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中十分常見并越來越受到重視。

泵站工程按任務(wù)分類,可以劃分為:供水泵站排水泵站、調(diào)水泵站、加壓泵站、蓄能泵站;按水泵類型分類,可以劃分為:離心泵站、軸流泵站、混流泵站;按動力分類,可以劃分為:電動泵站、機動泵站水輪泵站、風(fēng)力泵站、太陽能泵站等”。

20世紀60年代以來,世界各國的泵站工程發(fā)展很快,由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要,我國的泵站工程也得到了迅速的發(fā)展,這些泵站的實施為抗御旱澇災(zāi)害發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、改變農(nóng)村面貌發(fā)揮了重要作用。近年來,隨著我國水資源配置的優(yōu)化,跨流域調(diào)水工程在我國迅速發(fā)展。引灤入津、南水北調(diào)、引黃濟青東深供水等工程都建設(shè)了不同型式、不同流量的泵站,在調(diào)水工程中發(fā)揮著重要的作用。

為使泵站更好地發(fā)揮作用、提高泵站運行管理的自動化水平,在工程設(shè)計中需要不斷優(yōu)化設(shè)計方案選取安全可靠、經(jīng)濟合理、高效節(jié)能、信息化完備的方案。因此,需要深入研究優(yōu)化解決泵站選址、工程布置、水泵選型、廠區(qū)設(shè)計、信息化建設(shè)等方面的問題2 泵站選址

泵站站址的選取,是泵站設(shè)計中首先要考慮的問題。站址的選擇,應(yīng)根據(jù)灌溉、排水、工業(yè)級城鎮(zhèn)供水規(guī)劃、泵站規(guī)模、運行特點和綜合利用要求,考地形、地質(zhì)、水源或承泄區(qū)、電源、樞紐布置、對外交通、占地、拆遷、施工、環(huán)境、管理等因素及擴建的可能性,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較選定叫。

2.1 灌溉泵站站址的選取

灌溉泵站站址一般選擇在提水灌溉范圍便于控制、輸水系統(tǒng)布置簡單、造價經(jīng)濟的地點。泵站取水口宜選擇在主流穩(wěn)定靠岸,能保證引水,有利于防洪、防潮、防沙、防冰及防污的河段。從水庫取水的灌溉泵站,站址應(yīng)根據(jù)灌區(qū)與水庫的相對位置地質(zhì)條件和水庫水位變化情況,選擇在岸坡穩(wěn)定靠近灌區(qū),取水方便,不受或少受泥沙淤積、冰凍影響的地點。

2.2 排水泵站站址的選取

以排澇為主的排水泵站,站址應(yīng)選在排水區(qū)的最低處,與自然匯流相適應(yīng),盡可能靠近河岸且外河水位較低的地段,以便降低排水揚程,減少裝機容量和電能消耗。防洪保護區(qū)的排水泵站站址宜選擇在防洪控制線附近;潮沙河口排水泵站站址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定且站址泓灘沖淤變化較小的河口附近。

很多排水泵站位于兩級河道交口,需要將內(nèi)河的澇水排泄到外河,以保證低內(nèi)河河道兩岸的排水安全,避免土地浸泡及人民群眾財產(chǎn)損失。從排水順暢的角度,河口泵站跨河布置,往往進水、出水為直線型,排水較為順暢,水泵使用效率更高。隨著近年來人們對生活環(huán)境要求的提高、城鎮(zhèn)景觀建設(shè)的需要,也常將河口泵站建設(shè)在河道一側(cè),在河道交口建設(shè)節(jié)制閘。泵站側(cè)向布置,可以減少對河道的占用,較大程度地保留河道水面面積,并為河道間連通、通航留有建設(shè)空間。

2.3 供水泵站站址的選取

供水泵站站址宜選擇在受水區(qū)上游、河床穩(wěn)定水源可靠、水質(zhì)良好、取水方便的河段。3 工程布置

泵站工程的組成包括泵房、進水建筑物(站前閘、引渠、前池和進水池等)和出水建筑物(出水管道、出水池或壓力水箱等)專用變電站、其他建筑物和工程管理用房、職工住房、內(nèi)外交通、通信以及其他管理維護設(shè)施等曰。

取水泵站布置一般分為引水式和岸邊式2種當(dāng)水源與出水池之間距離較遠、站址地勢平坦時,采用引水式布置,利用引渠將水源引至泵房前,泵房接近出水池,可以縮短出水管道的長度。當(dāng)出水池靠近水源,常采用岸邊式泵站布置形式,將泵站建在水源的岸邊,直接從水源取水。

排水泵站建于沿江、濱湖和平原地區(qū)的低洼地帶,雨季澇水不能自流排出,必須提排才能避免或減輕澇災(zāi)的地方。設(shè)計過程中,應(yīng)注意暴雨歷時短、水量大的特點,充分利用內(nèi)外水高程差自流排水,根據(jù)河、湖、溝、渠等的調(diào)蓄容積,合理確定泵站裝機功率。排水泵站在整個使用期間的運行時間較短,應(yīng)盡量使其兼做排澇、排漬、灌溉等功能,提高設(shè)備利用率,充分發(fā)揮工程的綜合效益。

根據(jù)泵站使用情況,往往在泵站進口設(shè)置站前閘,出口設(shè)置出口閘。排水泵站主要用于汛期排出暴雨產(chǎn)生的澇水,在較大暴雨強度下人河、入湖澇水往往攜帶較多污物,大量污物會降低排水泵站水泵使用效率甚至損壞水泵,為此常在排水泵站站前閘位置設(shè)置清污設(shè)施,力求將澇水?dāng)y帶的污物攔截在前池上游、不進人水泵內(nèi),減少對水泵的損壞,以保證泵站的正常使用。澇水由內(nèi)河排向外河,此時的外河往往承接多條河道來水或為行洪河道、正在高水位運行,排水泵站停止排水后,需要防止外河河水倒灌,為此在排水泵站出口一般設(shè)出口閘,防止外河河水倒灌進人內(nèi)河。

以排水泵站為例,泵站工程按順?biāo)鞣较蛞话悴贾糜幸?、站前閘(含清污設(shè)施)、前池、進水池、泵房、出水管道、出水池、穿堤管道、出口閘等,如圖1所示。

為減少泵站電能消耗,在排水泵站設(shè)計中常設(shè)置自流道。設(shè)置自流道,可以充分利用內(nèi)外河水位差自流排水,減少泵站提排時間,節(jié)能降耗。在非汛期,自流道的設(shè)置,還可以在外河水位高、內(nèi)河水位低的情況下自流引外河水進入內(nèi)河,滿足內(nèi)河景觀，換水及灌溉需求。

自排與抽排結(jié)合是排水泵站的最佳布置形式，自流道布置分為分建式、合建式。自流道與泵站分建,自流道排水閘與泵站出口閘各自獨立,自流道與泵站之間干擾較小,這種布置形式適用于原先已建有排水閘、單靠自流排水不能解決內(nèi)澇問題、需要建設(shè)泵站在自流道排水閘關(guān)閘期間排水的情況。自流道與泵站合建,工程布置緊湊、投資較省,適用于工程建設(shè)受占地制約的情況,如圖1所示,且為節(jié)省占地,自流道為埋地管道,管道上部可建設(shè)廠區(qū)道路或進行綠化、改善廠區(qū)環(huán)境。

4 水泵選擇

水泵是泵站工程的核心設(shè)備。在城鎮(zhèn)及工業(yè)企業(yè)的給水排水工程中,大量使用的水泵是葉片式水泵"。葉片式泵分為離心泵、軸流泵和混流泵。

4.1 離心泵

在城鎮(zhèn)及工業(yè)農(nóng)業(yè)的給水排水工程中,離心泵的使用最為普遍。單級單吸離心泵的特點是揚程較高,流量較小,結(jié)構(gòu)簡單,維修容易,體積小,重量輕,移動方便;泵進口直徑為50~200 mm,流量常小于0.1 m's,揚程為5~125 m。單級雙吸離心泵的特點是揚程較高,流量較大;泵進口直徑為150~1400mm，流量為0.05~5 m%s,揚程為12~125 m。分段式多級離心泵的特點是流量小,揚程高,揚程可根據(jù)使用需要,通過選用的葉輪級數(shù)來達到:水泵流量一般小于0.125 m's,揚程為17.5~600 m。

4.2 軸流泵

軸流泵的特點是揚程較低、流量較大。立式軸流泵結(jié)構(gòu)簡單,外形尺寸小,占地面積小,泵房較小。立式軸流泵葉輪安裝在進水池最低水位以下,啟動方便。軸流泵葉輪的葉片可以調(diào)節(jié),使用工況發(fā)生變化時,只要改變?nèi)~片角度,就可改變泵的性能。中、小型軸流泵進口直徑為150~1400 mm,流量為0.1~5 m/s,揚程為2~21m.適用于平原地區(qū)的灌溉和排澇。

4.3 混流泵

混流泵的特點是流量比離心泵大,但比軸流泵小;揚程比離心泵低,但較軸流泵高;泵的效率高且高效區(qū)較寬廣;抗氣蝕性能好,運行平穩(wěn)?；炝鞅眉嬗须x心泵和軸流泵的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于平原地區(qū)、丘陵山區(qū)的灌溉與排澇。泵進口直徑為50~900mm，流量在 1.7 m/s以內(nèi),揚程范圍為2~25 m。

隨著水泵制造水平的提高,各種類型的水泵尺寸還在不斷變化,適應(yīng)的流量及揚程范圍也在不斷調(diào)整中。

離心泵、軸流泵和混流泵在適用流量、適用揚程上有不少交叉的空間,同一適用條件可能會有一種或幾種水泵型式的選擇。為此,水泵型式的選擇需要在滿足使用功能的前提下,根據(jù)使用可靠性、檢修便捷性、占地面積限制性、景觀協(xié)調(diào)性、工程投資等因素綜合考慮確定。目前,在北方平原地區(qū),立式軸流泵、潛水軸流泵因其安裝維修簡便、投資適中、運行可靠等優(yōu)勢在排水泵站中被廣泛使用。5 廠區(qū)設(shè)計

泵站是水利工程中的重要建筑物,泵站工程往往需要配備變配電室、固定管理人員及管理用房。泵站的廠區(qū)是泵站工程所在的、包含泵站工程所需設(shè)備和房屋的固定區(qū)域。泵站廠區(qū)的布置需要根據(jù)泵站的工程布置確定,同時兼顧廠區(qū)對外交通、泵站運行管理等因素。

泵站廠區(qū)除了包括泵站主體工程外,還包括主廠房(潛水泵可不設(shè))變配電室、管理用房、倉庫等地上配套建筑物。各地上建筑物之間的距離,應(yīng)滿足廠區(qū)防火及交通道路布置要求。建筑物周邊及廠區(qū)道路兩側(cè)可進行綠化種植,通過不同植株的高低搭配達到美化環(huán)境、凈化空氣的效果。

泵站的變配電室一般靠近水泵設(shè)備布置,以減少供電電纜長度,節(jié)省工程投資。管理用房、倉庫可以合并布置,減少地上建筑物數(shù)量。為管理方便,在廠區(qū)主人口一般設(shè)門衛(wèi)室,便于進出廠區(qū)人員管理。

泵站廠區(qū)高程的選取,是泵站工程設(shè)計中十分重要的內(nèi)容。廠區(qū)高程要與泵站電機層高程相協(xié)調(diào),為避免廠區(qū)內(nèi)雨澇水進入電機層影響水泵運行，且考慮檢修車輛由廠區(qū)進人電機層方便,廠區(qū)高程低于電機層高程以0.2~0.5 m為宜。另外，廠區(qū)高程應(yīng)結(jié)合廠區(qū)周邊交通道路高程確定。泵站的設(shè)備維修、清污設(shè)備的污物外運往往需要較大車輛進出二區(qū),廠區(qū)高程選擇宜與外部道路盡量減小高差,使進廠道路坡度較小,便于通行。

6 信息化建設(shè)

近年來,隨著我國工農(nóng)業(yè)及社會發(fā)展的需要,許多大中型泵站陸續(xù)建成投人使用。機組容量的不斷增大、使用對象重要性的提高,對泵站工程的運行安全、信息化建設(shè)提出了更高的要求。為保證工程安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行,降低工作人員勞動強度,提高自動化管理水平及運行效率，一般在泵站內(nèi)設(shè)置計算機監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)等。

6.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍主要包括變電站、高低壓配電系統(tǒng)、主機設(shè)備、輔機設(shè)備,啟閉機等設(shè)備以及壓力、水位等重要數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機與PIC相結(jié)合的監(jiān)控技術(shù),分設(shè)主控層和現(xiàn)地控制單元(LCU)。泵站內(nèi)部建立光纖工業(yè)以太網(wǎng)以計算機網(wǎng)絡(luò)通信方式構(gòu)架主控層、現(xiàn)地控制單元之間的聯(lián)絡(luò)。主控層以服務(wù)器作為監(jiān)控中樞，下級為現(xiàn)地控制單元級,設(shè)集中LCU控制柜、閘門LCU柜等。泵站主控層負責(zé)整個泵站的監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié),并實現(xiàn)從各LCU和外部子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)歸檔、事件記錄與歸檔、生產(chǎn)報表、繪制趨勢曲線和語音報警功能。

6.2 安防系統(tǒng)

安防系統(tǒng)配置綜合管理平臺及安防主機,通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),將火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)危險探測系統(tǒng)、廠區(qū)人侵監(jiān)測系統(tǒng)等子系統(tǒng)接入安防綜合管理平臺,實現(xiàn)基于平臺的統(tǒng)一顯示、統(tǒng)一有儲、統(tǒng)一操作、統(tǒng)一查詢、統(tǒng)一管理等功能。通過平臺系統(tǒng)軟件進行集中管理和監(jiān)控,拓展各安防技術(shù)子系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,實現(xiàn)各子系統(tǒng)的聯(lián)動、協(xié)調(diào)工作增強安防防控能力,提高安全管理工作效率及水平。

6.3綜合布線系統(tǒng)

在泵站主廠房、變配電室、管理用房配置綜合布線系統(tǒng),設(shè)置配線架,將監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等線纜進行綜合配線。在廠區(qū)配置廠區(qū)綜合布線系統(tǒng),在進出建筑物設(shè)置檢修人孔,各轉(zhuǎn)角及管道匯接處設(shè)置檢修手孔,各檢修孔之間采用鋼管及格柵管布線，實現(xiàn)系統(tǒng)間通信。

各泵站工程的信息化建設(shè),需要考慮與區(qū)域智慧水務(wù)平臺的兼容性,按照水利網(wǎng)信發(fā)展要求,具備將泵站信息上傳到更高級水務(wù)平臺的功能,實現(xiàn)水務(wù)空間數(shù)據(jù)資源和空間服務(wù)平臺的共享共建。7 結(jié)語

泵站是水利工程的重要組成部分,深入研究泵站選址、優(yōu)化泵站布置、合理選擇水泵型式會使泵站布局更加合理、使用效率更高、能源消耗更少。優(yōu)化泵站廠區(qū)內(nèi)各建筑物布局,不僅能減少工程投資,還可以使泵站的運行管理更加方便。信息化建設(shè)是現(xiàn)階段及未來泵站工程的重要建設(shè)內(nèi)容,可以提高泵站自動化運行水平,為區(qū)域智慧水務(wù)平臺建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),實現(xiàn)區(qū)域水利設(shè)施聯(lián)合調(diào)度