陆雪华
上海市青浦区河道水闸管理所 上海 201700
摘要：泵闸是水系整治工程中的重要组成部分，担负着低于外水侵袭和外排内河涝水、引清释污、改善内河水环境的任务。本文结合上海青浦区徐泾镇某工程中泵闸的工程特点，介绍了该泵闸的水工建筑物、水泵选型等设计，并对其设计特点进行了总结。
关键词：泵闸；引清释污；水环境；水工；水泵
1工程概况
青浦区徐泾镇位于上海中心城区西郊，是青浦区的东大门。徐泾镇东面紧靠沪杭铁路外环线；南傍淀浦河，与松江区九亭镇、泗泾镇交界；西与本区赵巷镇相连；北与本区华新镇及闵行区华漕镇接壤。
其中位于上海市水利综合治理分片“青松大控制片”内海日湾圩区的南寺泾南泵闸、杨巷泵闸和上字头南闸均建于1990年。
修建年代已久，使用年限亦长，限于当时经济发展水平，泵闸下部结构以浆砌块石材料建成，水位变化区域，损害严重；上部钢筋混凝土结构碳化剥落，运行存在安全隐患。
为落实青浦区区域总体规划，促进徐泾镇经济产业发展，从区域角度考虑整个地区的城镇空间发展关系和产业发展布局，对上述三座泵闸及相关附属结构进行拆除重建。本工程属于低洼圩区改造工程。
2水工建筑物设计特点
本工程拆除南寺泾南泵闸、杨巷泵闸、上字头南闸，并按规划规模新建泵闸（包括管理房）、闸及连接护岸。
根据《青浦区徐泾镇水系调整规划》：南寺泾南泵闸的泵站流量为1.2m3/s，杨巷泵闸的泵站流量为2.0m3/s，两座泵闸的节制闸均为单孔净宽4m。重建上字头南闸单孔净宽4m。
1）南寺泾南泵闸
垂直水流方向：泵站装设1台700ZDB-125J潜水轴流泵，泵室布置在河道东侧，闸室布置在西侧。按水泵水力条件要求，泵室净宽为2.5m，节制闸孔净宽4.0m，中（隔）墩宽0.9m，边墩0.7m宽，泵闸室总宽8.8m。
顺水流方向：根据水泵进出水流道的长度、拦污栅、工作桥、水泵的尺寸及安装检修、启闭设备及管理房的布置等要求，泵闸室长为17m，闸首取与站身同长为17m。
高度方向：根据水泵进出水要求，水泵站安装高程为0.00m，出水口中心高程为3.0m，泵室身底板厚0.7m，底板面高程为-0.50m。由于选用潜水轴流流泵，泵站泵房设计为地下式结构，考虑节省工程投资泵站上部不设置安装检修厂房，只用盖板封住泵室顶，泵室顶高程为4.8m。
节制闸底板设置成宽顶堰形式，闸室两端可作为消力池的一部分，以减少消力池的长度。堰顶（闸底坎）高程取为0.00m，底板两端面高程与泵站相同为-0.50m，以1:4的斜坡相接，闸底板厚0.7mm。闸外河侧设计高水位为3.50m，根据《水闸设计规范》4.2.17条，考虑安全超高0.3m，闸门顶高程取4.1m。为配合环境以及景观需要，节制闸门型采用平面上卧门，启闭设备选用电液推杆（集成式液压启闭机）。
2）杨巷泵闸
垂直水流方向：泵站装设2台600QZ-125J潜水轴流泵，闸室布置在中间，泵室布置在两侧。按水泵水力条件要求，水泵进出水流道最小净宽需2.0m，节制闸孔净宽4.0m，机组间的隔墩宽0.9m，边墩宽0.7m宽，闸站室总宽11.2m。
顺水流方向：根据水泵进出水流道的长度、拦污栅、工作桥、水泵的尺寸及安装检修、启闭设备及管理房的布置等要求，泵闸室长为15m，闸首取与站身同长为15m。
高度方向：根据水泵进出水要求，泵站安装高程为0.00m，出水口中心高程为2.00m，闸站室底板厚0.7m，底板底高程为-1.20m。由于选用潜水轴流泵，泵站泵房设计为地下式结构，考虑节省工程投资泵站上部不设置安装检修厂房，只用盖板封住泵室顶，泵室顶高程为4.8m，水泵用汽车吊在岸侧吊运安装。
3）上字头南闸
垂直水流方向：节制闸边墩宽0.9m，闸孔净宽4.0m，闸室总宽5.8m。
顺水流方向：根据水闸进出水流道的长度、拦污栅、工作桥尺寸及安装检修、启闭设备及管理房的布置等要求，闸室长为15.0m。
高度方向：闸室底板厚0.7m，底板底高程为-1.20m。
节制闸底板设置成宽顶堰形式，闸室两端可作为消力池的一部分，以减少消力池的长度。堰顶（闸底坎）高程取为0.00m，底板两端面高程为-0.50m，以1:4的斜坡相接，闸底板厚0.7mm。闸外侧最高水位为3.50m，根据《水闸设计规范》4.2.17条，考虑安全超高0.3m，闸门顶高程取4.1m。为配合环境以及景观需要，节制闸门型采用平面上卧门，启闭设备选用电液推杆（集成式液压启闭机）。
3水力机械设计特点
3.1基本参数
1）泵站流量
徐泾镇包括海日湾和西南两个圩区。海日湾圩区有南寺泾南一座泵闸，西南圩区有杨巷一座泵闸。
2）特征水位
这两座泵站的正向排涝特征水位详见表1。
表1 正向排涝特征水位表（单位：m）
3.2泵型选择
1）水泵台数
一般情况下，水泵台数少则占地面积少、投资省、安装维修工作量少、装置效率较高，其缺点是运行调度不灵活，当某台水泵发生故障时对总排水影响较大，启动时对主变冲击较大。而机组台数多,则优缺点与上述正好相反。
综合考虑，南寺泾南泵站设计流量1.2m3/s，推荐选用1台1.2m3/s水泵。杨巷泵站的设计流量都为2.0m3/s，推荐选用2台1.0m3/s水泵。
2）泵型比选
根据水泵的流量和扬程应选用轴流泵。轴流泵的结构形式很多，在实际工程中已经采用有立式轴流泵、卧式轴流泵、贯流泵和潜水轴流泵等几种结构形式。
立式轴流泵的价格比较低，但安装比较麻烦、运行时噪音比较大，需要的辅助设备多，通常需要上部厂房，土建部分费用较高。卧式轴流泵虽然装置效率高，但占地面积比其他泵大，导致土建投资比较大，需要的辅助设备方面同立式轴流泵。潜水轴流泵的突出优点是安装简单、运行时几乎没有噪音，不需要技术供排水等辅助设备，无需上部泵房，土建费用省，近十年发展很快。贯流泵虽然装置效率高，特别是潜水贯流泵，也不需要上部厂房，但相对与潜水轴流泵来说，价格较高，安装较为麻烦，下部泵房需要考虑通风、照明和排水系统，整个系统比潜水轴流泵复杂。
由于泵站的年运行时间比较短，效率不是主要考虑因数，这里推荐使用结构简单、安装方便、噪音小、辅助设备少、占地面积小、投资少的潜水轴流泵。
3）推荐泵型参数
南寺泾南泵站的设计流量1.2m3/s，选用1台700ZDB-125J型潜水轴流泵。水泵设计流量1.2m3/s，设计扬程2.50m，最高扬程3.20m，最低扬程1.50m，叶轮直径650mm，转速590r/min，叶片安装角度-2°，配套电机功率55kW。
杨巷泵站设计流量2.0m3/s，选用2台600ZDB-125型潜水轴流泵。水泵设计流量1.0m3/s，正向设计扬程2.50m，正向最高扬程3.20m，正向最低扬程1.50m，反向设计扬程1.90m，反向最高扬程2.20m，反向最低扬程1.50m，叶轮直径550mm，转速730r/min，叶片安装角度-2°，配套电机功率55kW。
水泵的主要技术参数计算如下：
（1）水泵扬程
泵站采用矩形进水流道，井筒式安装，拍门断流。这种结构形式的水力损失（包括进水口处拦污栅、闸门槽）约1.30m。据此计算得水泵特征扬程：正向排涝特征扬程，最高扬程3.50m,设计扬程2.50m，最低扬程1.50m；杨巷泵站反向引水特征扬程，最高扬程2.20m，设计扬程1.90m，最低扬程1.50m 。
（2）安装高程
南寺泾南泵站的进水池最低运行水位为1.80m，选用的700ZDB-125J型潜水轴流泵的最小淹没深度约1.30m，考虑进口的水力损失，水泵的安装高程定位0.00m。
杨巷泵站的进水池最低运行水位都为1.80m，选用的600ZDB-125型潜水轴流泵的最小淹没深度约1.30m，考虑进口的水力损失，水泵的安装高程定位0.00m。
（3）配套电机功率
南寺泾南泵站的电机功率计算安全系数取1.20。电机功率计算最大值52kW，取标准值55kW。
杨巷泵站的电机功率计算安全系数取1.20。电机功率计算最大值41kW，取标准值55kW。
3.3辅助设备
1）起重及机修设备
南寺泾南和杨巷泵站都选用潜水轴流泵。根据潜水轴流泵的结构特点，该泵需要整体起吊安装。南寺泾南泵站采用的700ZDB-125J型潜水轴流泵整机重量约1.50t，可租用15t汽车起重机进行吊装。杨巷泵站采用的600ZDB-125型潜水轴流泵整机重量约1.0t，可租用15t汽车起重机进行吊装。
2）水力监测系统
在泵站的进水池、出水池分别安装超声波液位变送器, 除现场能直接数字显示外，也可在泵控室安装水位显示仪，显示出泵站前后的水位；同时为了直接观测和记录水位，以及定期标定超声波水位变送器的基准，在泵站进水池和出水池分别设置水位标尺。
泵站两侧各装有拦污栅。为掌握拦污栅的堵塞情况，在拦污栅两侧各设超声波液位变送器。当污物引起的压差值达到或超过200mm时发出清污信号，进行人工清污, 污物引起的压差值达到或超过400mm时,发出警告信号，停止水泵运行。
3）水泵机组安全保护
由于潜水轴流泵的电机淹没在水下，机组的安全问题必须引起各方面的足够重视。为确保泵组的安全运行，必须监测泵组运行状况。
4结语
本次设计根据泵闸的水工结构建筑物平面布置及结构设计特点，同时根据泵闸的动能参数、工程规模及泵站的运行要求，并结合设备制造能力、运输条件、电力系统及工程布置情况，选定泵的型式、台数、基本参数和附属设备的型式、数量和技术参数及起重设备。由选定的主机设和附属设备确定厂房的控制尺寸，并进行水泵机组及附属设备布置和机械辅助设备的布置。
论文作者:陆雪华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/28
标签：泵站论文; 轴流泵论文; 水泵论文; 扬程论文; 高程论文; 底板论文; 水位论文; 《防护工程》2018年第10期论文;