第5章排水泵站

第5章排水泵站5.1排水泵站的分类与特点5.1.1组成与分类排水泵站的工作特点是它所抽升的水是不干净的，一般含有大量的杂质，而且来水的流量逐日逐时都在变化。排水泵站的基本组成包括：机器间、集水池、格栅、辅助间，有时还附设有变电所。机器间内设置泵机组和有关的附属设备。格栅和吸水管安装在集水池内，集水池还可以在一定程度上调节来水的不均匀性，以使泵能较均匀工作。格栅作用是阻拦水中粗大的固体杂质，以防止杂物阻塞和损坏泵，因此，格栅又叫拦污栅。辅助间一般包括贮藏室、修理间、休息室和厕所等。排水泵站按其排水的性质，一般可分为污水（生活污水、生产污水）泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。按其在排水系统中的作用，可分为中途泵站（或叫区域泵站）和终点泵站（又叫总泵站）。中途泵站通常是为了避免排水干管埋设太深而设置的。终点泵站就是将整个城镇的污水或工业企业的污水抽送到污水处理厂或将处理后的污水进行农田灌溉或直接排入水体。按泵启动前能否自流充水分为自灌式泵站和非自灌式泵站。按泵房的平面形状，可以分为圆形泵站和矩形泵站。按集水池与机器间的组合情况，可分为合建式泵站和分建式泵站。按采用的泵特殊性又有潜水泵站和螺旋泵站。按照控制的方式又可分为人工控制、自动控制和遥控3类。5.1.2排水泵站的基本类型及特点排水泵站的类型取决于进水管渠的埋设深度、来水流量、泵机组的型号与台数、水文地质条件以及施工方法等因素。选择排水泵站的类型应从造价、布置、施工、运行条件等方面综合考虑。下面就几种典型的排水泵站说明其优缺点及适用条件。图5-1为合建式圆形排水泵站，装设卧式泵，自灌式工作。适合于中、小型排水量，泵不超过4台。圆形结构受力条件好，便于采用沉井法施工，可降低工程造价，泵启动方便，易于根据吸水井中水位实现自动操作。缺点是：机器内机组与附属设备布置较困难，当泵房很深时，工人上下不便，且电动机容易受潮。由于电动机深入地下，需考虑通风设施，以降低机器间的温度。若将此种类型泵站中的卧式泵改为立式离心泵（也可用轴流泵），就可避免上述缺点。但是，立式离心泵安装技术要求较高，特别是泵房较深，传动轴甚长时，须设中间轴承及固定支架，以免泵运行时传动轴发生振荡。由于这种类型能减少泵房面积，降低工程造价，并使电气设备运行条件和工人操作条件得到改善，故在我国仍广泛采用。图5-2为合建式矩形排水泵站，装设立式泵，自灌式工作。大型泵站用此种类型较合适。泵台数为4台或更多时，采用矩形机器间，在机组、管道和附属设备的布置方面较为方便，启动操作简单，易于实现自动化。电气设备置于上层，不易受潮，工人操作管理条件良好。缺点是建造费用高。当土质差，地下水位高时，因不利施工，不宜采用。图5-3为分建式排水泵站。当土质差、地下水位高时，为了减少施工困难和降低工程造价，将集水池与机器间分开修建是合理的。将一定深度的集水池单独修建，施工上相对容易些。为了减小机器间的地下部分深度，应尽量利用泵的吸水能力，以提高机器间标高。但是，应注意泵的允许吸上真空高度不要利用到极限，以免泵站投入运行后吸水发生困难。因为在设计当中对施工时可能发生的种种与设计不符情况和运动后管道积垢、泵磨损、电源频率降低等情况都无法事先准确估计，所以适当留有余地是必要的。分建式泵站的主要优点是，结构上处理比合建式简单，施工较方便，机器间没有污水渗透和被污水淹没的危险。它的最大缺点是要抽真空启动，为了满足排水泵站来水的不均匀，启动泵较频繁，给运行操作带来困难。合建式排水泵站当机器间中泵轴线标高高于集水池中水位时（即机器间与集水池的底板不在同一标高时），泵也要采用抽真空启动。这种类型适应于土质坚硬，施工困难的条件，为了减少挖方量而不得不将机器间抬高。在运行方面，它的缺点同分建式一样。实际工程中采用较少。图5-4所示为螺旋泵站布置。污水由来水管，进入螺旋泵的水槽内，带动螺旋泵的电动机及有关的电气设备设于机器间3内，污水经螺旋泵提升后进入出水渠5，在渠道起端123456145图5-3分建式圆形排水泵站1—排水管渠；2—集水池；3—机器间；4—压水管；5—水泵机组；6—格栅12345671457图5-2合建式矩形排水泵站1-排水管渠；2-集水池；3-机器间；4-压水管；5-立式污水管；6-立式电动机；7-格栅图5-1合建式圆形排水泵站1—排水管渠；2—集水池；3—机器间；4—压水管；5—卧式污水泵；6—格栅123456655321设置格栅4。采用螺旋泵抽水可以不设集水池，不建地下式或半地下式泵房，节约土建投资。螺旋泵抽水不需要封闭的管道，因此水头损失较小，电耗较小。由于螺旋泵螺旋部分是敞开的，维护与检修方便，运行时不需看管，便于实行遥控和在无人看管的泵站中使用，还可以直接安装在下水道内提升污水。螺旋泵可以提升破布、石头、杂草、罐头盒、塑料袋以及废瓶子等任何能进入泵叶片之间的固体物。因此，泵前可不必设置格栅。格栅设于泵后，在地面以上，便于安装、检修与清除。使用螺旋泵时，可完全取消通常其它类型污水泵配用的吸水喇叭管、底阀、进水和出水闸阀等配件和设备。螺旋泵还有一些其它泵所没有的特殊功能：例如用在提升活性污泥和含油污水时，由于其转速慢，所以不会打碎污泥颗粒和矾花。用于沉淀池排泥，能使沉淀污泥起一定的浓缩作用。但是，螺旋泵也有其本身的缺点：受机械加工条件的限制，泵轴不能太粗太长，所以扬程较低，一般为3~6m，国外介绍可达12m。因此，不适用于高扬程、出水水位变化大或出水为压力管的场合。在需要较大扬程的地方，往往采用二级或多级抽升的布置方式。它和其他泵不同，是斜装的，由于体积大，占地面积也大，耗钢材也较多。此外，螺旋泵在敞开布置的情况下，泵运行时，由于污水被搅动而有臭气逸出。随着各种国产潜水泵质量的不断提高，越来越多的新建或改建的排水泵站都采用了各种型式的潜水泵，包括排水用潜水轴流泵、潜水混流泵、潜水离心泵等，其最大的优点是不需要专门的机器间，将潜水泵直接置于集水井中，但对潜水泵尤其是潜水电机的质量要求较高。12345图5-4螺旋泵站布置1—来水管；2—螺旋泵；3—机器间；4—格栅；5—出水渠图5-5所示为潜水泵站布置，将集水井与机器间合建，使用潜水电泵，将潜水泵机组1直接置于集水井2中，甚至可以采用开放式泵房,不需上部结构和固定吊车，机组结构紧凑，泵直接吸水，出水经泵出口从原水管口排出。在工程实践中，排水泵站的类型是多种多样的。例如：合建式泵站，集水池采用半圆形，机器间为矩形；合建椭圆形泵站；集水池露天或加盖；泵站地下部分为圆形钢筋混凝土结构，地上部分用矩形砖砌体等等。究竟采取何种类型，应根据具体情况，经多方案技术经济比较后决定。根据我国设计和运行经验，凡泵台数不多于四台的污水泵站和三台或三台以下的雨水泵站，其地下部分结构采用圆形最为经济，其地面以上构筑物的形式，必须与周围建筑物相适应。当泵台数超过上述数量时，地下及地上部分都可采用矩形或由矩形组合成的多边形；地下部分有时为了发挥圆形结构比较经济和便于沉井施工的优点，也可以采取将集水池和机器间分开为两个构筑物的布置方式，或者将泵分设在两个地下的圆形构筑物内，地上部分可以处理为矩形或腰圆形。这种布置适用于流量较大的雨水泵站或合流泵站。对于抽送会产生易燃易爆和有毒气体的污水泵站，必须设计为单独的建筑物，并应采用相应的防护措施。5.2污水泵站的工艺设计5.2.1泵的选择1、泵站设计流量的确定城市的用水量是不均匀的，因而排入管道的污水流量也是不均匀的。要正确地确定泵的出水量及其台数以及决定集水池的容积，必须知道排水量为最高日中每小时污水流量的变化情况。而在设计排水泵站时，这种资料往往是不能得到的。因此，排水泵站的设计流量一般均按最高日最高时污水流量决定。一般小型排水泵站（最高日污水量在5000m3以下），设1~2套机组；大型排水泵站（最高日污水量超过15000m3）设3~4套机组。2、泵站的扬程泵站扬程可按下式计算sssdsd()HHHhhm（5-1）式中ssH——吸水地形高度（m），为集水池内最低水位与水泵轴线之高差；sdH——压水地形高度（m），为泵轴线与输水最高点（即压水管出口处）之高差；sh和dh——污水通过吸水管路和压水管路中的水头损失（包括沿程损失和局部损失）。应该指出，由于污水泵站一般扬程较低，局部损失占总损失比重较大，所以不可忽略不计。12800×800×800集水坑人孔导杆支架图5-5潜水泵排水泵站考虑到污水泵在使用过程中因效率下降和管道中因阻力增加而增加的能量损失，在确定泵扬程时，可增大1~2m安全扬程。因为泵在运行过程中，集水池中水位是变化的，因此所选泵在这个变化范围应处于高效段，如图5-6所示。当泵站内的泵超过两台时，在选择泵时应注意不但在并联运行时，而且在单泵运行时都应在高效段内，如图5-7所示。所以选用工作泵的要求是在满足最大排水量的条件下，减少投资，节约电耗，运行安全可靠，维护管理方便。在可能的条件下，每台泵的流量最好相当于1/3~1/2的设计流量，并且以采用同型号泵为好。这样对设备的购置，设备与配件的备用，安装施工，维护检修都有利。但从适应流量的变化和节约电能考虑，采用大小搭配较为合适。如选用不同型号的两台泵时，则小泵的出水量应不小于大泵出水量的1/2；如设一大两小共三台泵时，则小泵的出水量不小于大泵出水量的1/3。污水泵站中，一般选择立式离心污水泵；当流量大时，可选择轴流泵；当泵房不太深时，也可选用卧式离心泵。对于排除含有酸性或其他腐蚀性工业废水的泵站，应选择耐腐蚀的泵。排除污泥，应尽可能选用污泥泵。为了保证泵站的正常工作，需要有备用机组和配件。如果泵站经常工作的泵不多于四台，且为同一型号，则可只设一套备用机组；超过四台时，除安设一套备用机组外，在仓库中还应存放一套。污水泵站的流量随着排水系统的分期建设而逐渐增大，在设计时必须考虑这一因素。5.2.2确定集水池容积污水泵站集水池的容积与进入泵站的流量变化情况、泵的型号、台数及其工作制度、泵站操作性质、启动时间等有关。集水池的容积在满足安装格栅和吸水管的要求，保证泵工作时的水力条件以及能够及时将流入的污水抽走的前提下，应尽量小些。因为缩小集水池的容积，不仅能降低泵站的造价，还可以减轻集水池污水中大量杂物的沉积和腐化。全昼夜运行的大型污水泵站，集水池容积是根据工作泵机组停车时启动备用机组所需的时间来计算的。一般可采用不小于泵站中最大一台泵5min出水量的体积。对于小型污水泵站，由于夜间的流入量不大，通常在夜间停止运行。在这种情况下，必须使集水池容积能够满足储存夜间流入量的要求。′STSTO′STSTO12图5-6集水池中水位变化时泵工况stH—最低水位时扬水池地形高度；stH—最高水位时扬水地形高度图5-7泵并联及单独运行时工况1-单泵特性曲线；2-两台泵并联特性曲线对于工厂的污水泵站的集水池，还应根据短时间内淋浴排水量来复核它的容积，以便均匀地将污水抽送出去。抽升新鲜污泥、消化污泥、活性污泥的泵站的集泥池容积，应根据从沉淀池、消化池一次排出的污泥量或回流和剩余的活性污泥量计算确定。对于自动控制的污水泵站，其集水池容积用下式计算（按控制出水量分一、二级）：（1）泵站为一级工作时：04QWn（5-2）（2）泵站分二级工作时：214QQWn（5-3）式中W——集水池容积（m3）；0Q——泵站一级工作时泵的出水量（m3/h）；1Q、2Q——泵站分二级工作时，一级与二级工作泵的出水量（m3/h）；n——泵每小时启动次数，一般取n=6。5.2.3机组与管道的布置特点1、机组布置的特点污水泵站中机组台数，一般不超过3~4台，而且污水泵都是从轴向进水，一侧出水，所以常采取并列的布置形式。常见的布置形式有以下几种如图5-8所示。图5-8(a)适用于卧式污水泵；图5-8(b)及(c)适用于立式污水泵。机组间距及通道大小，可参考给水泵站的要求。为了减小集水池的容积，污水泵机组的“开”“停”比较频繁。为此，污水泵常常采取自灌式工作。这时，吸水管上必须装设闸门，以便检修泵。但是，采取自灌式工作，会使泵房埋深加大，增加造价。2、