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泵与泵站第十章

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第十章 给排水泵站工艺设计

本章重点：通过本章的学习，要求土木类专业熟练掌握其他专业了解给水泵站工艺设计步骤和集水池容积确定方法等；土木类专业掌握其他专业了解污水泵站的水泵选择、污水泵站的机组与管道的布置和泵站内部标高的确定等；土木类专业了解雨水泵站的基本类型和水泵选择、合流泵站工艺设计等。

第一节 给水泵站工艺设计

一、设计资料
设计给水泵站所需资料，可分为两部分：
1.基础资料
基础资料对设计具有决定性作用和不同程度的约束性。它往往不能按照设计者的意图与主观愿望任意变动，是设计的主要依据。主管部门对设计工作的主要指示、决议、设计任务、工程地质、水文与水文地质、气象、地形、有关的协议文件等，都属于这类资料。主要有：
（1）设计任务；
（2）规划、人防、卫生、供电、航道、航运等部门同意在一定地点修建泵站的正式许可文件；
（3）地区气象资料：最低、最高、平均、气温，冬季采暖计算温度，冻结平均深度和起止日期，最大冻结层厚；
（4）地区水文与水文地质资料：水源的洪水位、常水位、枯水位资料，河流的含砂量、流速、风浪、冰凌情况等，地下水流向、流速，水质情况及对建筑材料的腐蚀性等；
（5）泵站所在地附近地区一定比例、足够数量的地形图；
（6）泵站所在地的工程地质资料，抗震设计烈度资料；
（7）用水量、水压资料（污水泵站还应有水质分析资料）以及给排水制度；
（8）泵站的设计标准、使用年限；
（9）电源位置、性质、可靠程度、电压、电价等；
（10）与泵站有关的给水排水构筑物的位置与设计标高；
（11）水泵样本，电动机和电器产品目录；
（12）管材及管配件的产品规格；
（13）设备、材料单价表，预算工程单位估价表，地方材料及价格，劳动工资水平；
（14）对于扩建或改建工程，还应有原构筑物的设计资料、调查资料、竣工图或实测图。
2.参考资料
参考资料仅供参考，不能作为设计的依据，如各种参考书籍，口头调查资料，某些历史性记录及某些尚未生产的产品目录等，都属于这一类，主要有：
（1）地区内现有水泵站的运行情况调查资料、水泵站形式、建筑规模和年限、结构形式、机组台数和设备性能、历年大修次数、曾经发生的事故及其原因分析和解决办法、冬季采暖、季通风情况、电源或其它动力来源等；
（2）地区内现有泵站的设计图、竣工图或实测图；
（3）地区内已有泵站的施工方法和施工经验；
（4）施工中可能利用的机械和劳动力的来源；
（5）其它有关参考资料。
图10—1—1 机器间长度L
a—机组基础的长度 b—机组基础的间距
c—机组基础与墙的距离
二、给水泵站工艺设计步骤和方法
泵站工艺设计步骤和方法分述如下：
（1）确定设计流量和扬程。
图10—1—2机器间宽度
、、、、—分别为短管甲、闸阀、止回阀、水泵出口短管、进口短管的长度 l5—机组基础的宽度
（2）初步选泵和电动机或其它原动机，包括选择水泵的型号、工作泵和备用泵的台数。由于初步选泵时泵站尚未设计好，吸水管、压水管路也未进行布置，水流通过管路中的水头损失是未知的，水泵的扬程不能确切知道，只能假定泵站内管道中的水头损失为某一个数值。一般在初步选泵时，可假定此数或按净扬程的百分比（详见第二章水泵选型）。根据所选泵的轴功率及转速选用电动机。如果机组由水泵厂配套供应，则不必另选。
（3）设计机组的基础。在机组初步选好后，即可查水泵及电动机产品样本，查到机组的安装尺寸（或机组底板的尺寸）和总重量，据此可进行基础的平面尺寸和深度的设计。
（4）计算水泵的吸水管和压水管的直径。
（5）布置机组和管道。
（6）精选水泵和电动机。根据地形条件确定水泵的安装高度。计算出吸水管路和泵站范围内压水管路中的水头损失，然后校核水泵的工况点，求出泵站的扬程。如果发现初选的水泵不合适，可以调节水泵的工况点或另行选泵。根据新选的水泵的轴功率，再选用电动机。
（7）选择泵站中的附属设备。
（8）确定泵房建筑高度。泵房的建筑高度，取决于泵的安装高度、泵房内有无起重设备以及起重设备的类型和型号。
（9）确定泵房的平面尺寸，初步规划泵站总平面。机组的平面布置确定以后，泵房（机器间）的最小长度L也就确定了，如图10—1—1所示：为机组基础的长度，为机组基础的间距；为机组基础与墙的距离。查有关材料手册，找出相应管道、配件的型号规格、大小尺寸，按一定的比例将水泵机组的基础和吸水管、压水管道上的管路附件等画在同一张图上，逐一标出尺寸，依次相加，就可以得出机器间的最小宽度，如图10—1—2所示。详见第七章机房设计。
和确定后，再考虑到维修场地等因素，可确定泵站机器间的平面尺寸大小。泵站的总平面布置包括变压器室、配电室、机器间、值班室、修理间、管理用房、生活区、车库、回车场等。总平面布置的原则是：运行管理安全可靠，检修及运输方便，经济合理，并且考虑到有发展余地。
变电配电设备一般在泵站的一端，有时也可将低压配电设备置于泵房内侧。
泵房内装有立式泵或轴流泵时，配电设备一般装设在上层或中层平台上。
控制设备一般设于机组附近，也可以集中装置在附近的配电室内。
配电室内设有各种受配电柜，因此应便于电源进线，且应紧靠机组，以节省电线，便于操作。配电室与机器间应能通视，否则，应分别安装仪表及按钮（切断装置)，以便当发生故障时，在两个房间内，均能及时切断主电路。
由于变压器发生故障时，易引起火灾或爆炸，应将变压器室设置于单独的房间内，且位于泵站的一端。
值班室与机器间及配电室应相通，一定要靠近机器间，且能很好通视。
修理间的布置应便于重物（如设备）的内部吊动及内外运输，往往在修理间的外墙上开设大门。
进行总平面布置时，尽量不要因为设置配电间而把泵房跨度增大。
（10）向有关工种提出设计任。
（11) 审校，会签。
（12）出图。
（13）编制预算和效益分析。
三、泵站的技术经济指标
泵站的技术经济指标包括单位水量基建投资，输水成本和电耗三项。取决于泵站的基建总投资、年运行费用、年总输水量和生产管理水平。这几项指标，在设计泵站时，可作为方案技术经济比较的参考，而在泵站投产运行以后，则是改进经营管理，降低输水成本和节约电耗的主要依据。
泵站的基建总投资，包括土建、配管、设备、电气、照明等。初步设计或扩初设计时，按概算指标进行计算，施工图设计阶段，按预算指标计算，工程投产后按工程决算进行计算。
泵站的年运行费用， 包括以下几项：
（1）折旧及大修费。
（2）电费，全年的电费可按下式计算：
（￥） （10—1—1）
式中：——一年中泵站随季节变化的平均输水量（）；
——相应于的泵站输水扬程（）；
——泵站在（，）工况下工作时间（）；
——水的容重（）；
——水泵效率（%）；
——电机效率（%）；
——电网的效率（%）；
——每度电的价格（￥ ）；
102——为功率换算系数；
（3）工资福利费：取决于劳动组织与劳动定员以及职工的平均工资水平。
（4）经常养护费；
（5）其它费用，即：
（10—1—2）
故单位水量基建投资为：
（￥/） （10—1—3）
式中： ——为泵站设计日供水量（）。
输水成本为：
（10—1—4）
式中：——为泵站全年的总输水量（）。
在泵站日常运行中，电耗大小是衡量其是否正常经济运行的重要指标之一。通常电耗以每抽送1000 的水所实际耗费的电能（）来表示，即
（） (10—1—5）
式中： ——泵站在一昼夜（或一段时间）内所耗费的电能（），可以从泵站内的电表中查得；
——泵站在一昼夜（或一段时间）内所抽送的水量（），可从流量计中查得。
而泵站运行的理论电耗或叫比电耗（即每小时将103的水提升1高度所耗费的电能）可用下式计算：
（） （10—1—6）
图10—1—3某取水泵站枢纽布置图
1—箱式取水头部；2—取水自流管；
3—吸水间；4-机器间；5—净化场配水井
取，则
（10—1—7）
泵站中实际的比电耗应按每台机组，在不同运行状态下（即在一定的流量和扬程下连续运行若干小时）分别进行计算。把实际的比电耗与理论比电耗进行比较，便可看出每台水泵是否在最经济合理的状态下运行。从而可以改进水泵的工作，设法提高其工作效率。
四、取水泵站工艺设计举例
某厂新建水源工程近期设计水量为250000，要求远期发展到40000，采用固定式取水泵房用两条直径为1400的自流管从江中取水。水源洪水位标高为37.00（1%频率），枯水位标高为23.53（97%频率）。净化场反应池前配水井的水面标高为57.83，自流取水管全长200，泵站到净化场的输水干管全长115，见图10—1—3某取水泵站枢纽布置图。试进行泵站工艺设计。
1.设计流量的确定和设计扬程估算：
（1）设计流量
考虑到输水干管漏损和净化场本身用水，取自用水=1.05，则：
近期设计流量为

远期设计流量为
（2）设计扬程
①水泵所需静扬程
通过取水部分的计算已知在最不利情况下（即一条自流管检修，另一条自流管通过75%的设计流量时），从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为0.89，则吸水间中最高水面标高为37.00-0.89/10=36.11，最低水面标高为23.53-8.9/10=22.64。所以水泵所需静扬程HST为：
洪水位时：
枯水位时：
②输水干管中的水头损失
设采用两条DN1420×12钢管并联作为原水输水干管，当一条输水管检修时，另一条输水管应通过75%的设计流量，即：，查水力计算表得管内流速v=2.37， =0.0039，所以 =1.1×0.0039×1150=4.934式中1.1系包括局部损失而加大的系数）。
③泵站内管路中的水头损失hp粗估为2.0，则水泵设计扬程为
设计枯水位时，=35.19+4.934+2.0+2.0=44.124
设计洪水位时，=21.72+4.934+2.0+2.0=30.654
2.初选水泵和电机
近期三台32-10型水泵（=1.00～1.71=524.3～416.5，=752kW， =47.04），两台工作，一台备用。远期增加一台同型号水泵，三台工作一台备用。
根据32-10型水泵的要求选用湖南湘潭电机厂生产的YKS630-10型异步电动机（1000，l0，44水冷式）。
3.机组基础尺寸的确定
查水泵与电机样本，计算出32-10型水泵机组基础平面尺寸为52002000，机组总重量。
基础深度H可按下式计算：

式中：——基础长度，L=5.2；
——基础宽度，=2.0；
——基础所用材料的容重，对于混凝土基础， =23.520，故：

基础实际深度连同泵房底板在内，应为3.25。
4.吸水管路与压水管路计算
每台水泵有单独的吸水管与压水管
（1） 吸水管
已知
采用1220×12钢管，则 ，
（2) 压水管
采用1020×10钢管，则，
5.机组与管道布置
如图10—1—4所示，为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反常转向，在订货时应予以说明。每台水泵有单独的吸水管，压水管引出泵房后两两连接起来。水泵出水管上设有液控蝶阀（（c）41-10)和手动蝶阀（241-10)，吸水管上设手动闸板闸阀（545-6）。为了减少泵房建筑面积，闸阀切换井设在泵房外面，两条400的输水干管用1400蝶阀(371-1)连接起来，每条输水管上各设切换用的蝶阀(371-1)一个。
由于管径较大，相应的连接配件（如三通、大小头等）没有全国通用的标准系列产品，本设计中便采用了一些自制的配件，在其它设计中，以选用全国通用标准产品为宜。
6.吸水管路和压水管路中水头损失的计算
取一条最不利线路，从吸水口到输水干管上切换闸阀止为计算线路图（图10—1—5）
（1）吸水管路中水头损失

式中： ——吸水管进口局部阻力系数，=0.75；
——DN1200闸阀局部阻力系数，按开度考虑，=0.15；
——偏心渐缩管DN1200×800，=0.20。
，
（2）压水管路水头损失 ，

——DN6001000渐放管，=0.33；
——DN1000钢制450弯头，=0.54；
——DN1000液控蝶阀，=0.15；
——DN1000伸缩接头，=0.21；
——DN1000手动蝶阀，=0.15；
——DN1000钢制900弯头，=1.08
——DN10001400渐放管，=0.47
——DN1400钢制斜三通，=0.5；
——DN1400钢制正三通，=1.5
——DN1400蝶阀，=0.15
则：

故
从水泵吸水口到输水干管上切换闸阀间的全部水头损失为：
因此，水泵的实际扬程为：
设计枯水位时，设计洪水位时，
（b）
图10—1—4 某厂取水泵站设计图
（）立面布置图 （）平面布置图
（a）

由此可见，初选的水泵机组符合要求。
7.水泵安装高度的确定和泵房筒体高度计算
为了便于用沉井法施工，将泵房机器间底板放在与吸水间底板同一标高，因而水泵为自灌式工作，所以水泵的安装高度小于某允许吸上真空高度，无须计算。
图10—1—5 吸压水管路水头损失计算线路图
已知吸水间最低动水位标高为22.64，为保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为20.80（吸水管上缘的淹没深度为）。取吸水管下缘距吸水间底板0.7，则吸水间底标高为。
洪水位标高为37.00，考虑1.0的浪高，则操作平台标高为37.00+1.00=38.00。故泵房筒体高度为：
=38.00-19.50=18.50
8.附属设备的选择
（1）起重设备
最大起重量为YKS630-10型电机重量，最大起吊高度为18.50+2.00=20.50（其中2.00是考虑操作平台上汽车的高度)。为此，选用环形吊车（定制，起重量10T，双梁，跨度22.5， CD1--10电动葫芦，起吊高度24）。
（2）引水设备
水泵系自灌式工作，不需引水设备。
（3）排水设备
由于泵房较深，故采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。
取水泵房的排水量一般按20～40考虑，排水泵的静扬程按17.5计，水头损失大约5 ，故总扬程在17.5+5=22.5左右，可选用65-50-160型离心泵（15～28，=27～22，=3kw，=2900)两台，一台工作，一台备用，配套电机为100-2。
（4）通风设备
由于与水泵配套的电机为水冷式，无需专用通风设备进行空冷却，但由于泵房筒体较深，仍选用风机进行换气通风。选用两台35-11型轴流风机（叶轮直径700，转速960，叶片角度150，风量10127，风压90，配套电机-8026， =0.37）。
（5）计量设备
在净化场的送水泵站内安装电磁流量计统一计量，故本泵站内不再设计量设备。
9.泵房建筑高度的确定
泵房筒体高度已知为18.50，操作平台以上的建筑高度，根据起重设备及起吊高度、电梯井机房的高度、采光及通风的要求，吊车梁底板到操作平台楼板的距离为8.80，从平台楼板到房顶底板净高为11.30。
10.泵房平面尺寸的确定
根据水泵机组、吸水与压水管道的布置条件以及排水泵机组和通风机等附属设备的设置情况，从给水排水设计手册中查出有关设备和管道配件的尺寸（如图10—1—4)，通过计算，求得泵房内径为22。

第二节 污水泵站工艺设计

一、水泵的选择
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。要正确地确定水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。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5000以下)，设1～2套机组；大型排水泵站(最高日污水量超过15000)，设3～4套机组。
2.泵站的扬程
泵站扬程可按下式计算：
(10—2—1)
式中 ：——吸水地形高度()，为集水池内最低水位与水泵轴线之高差；
——压水地形高度()，为水泵轴线与输水最高点(即压水管出口处)之高差；
和——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)。
图10—2—1集水池中水位变化时水泵工况
—最低水位时扬水地形高度
—最高水位时扬水地形高度
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。
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，在确定水泵扬程时，可增大1～2安全扬程。
因为水泵在运行过程中，集水池中水位是变化的，因此所选水泵在这个变化范围内应处于高效段，如图10—2—1所示。当泵站内的水泵超过两台时，在选择水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10—2—2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，每台水泵的流量最好相当于1/2～1/3的设计流量，并且以采用同型号水泵为好。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水泵时，图10—2—2水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
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水泵时，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，应选择耐腐蚀的水泵。排除污泥，应尽可能选用污泥泵。
二、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、水泵的型号、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，保证水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水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水泵5 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。
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：
（10—2—2）
（2） 泵站分二级工作时：
（10—2—3）
式中： ——集水池容积（）；
——泵站一级工作时水泵的出水量（）；
，——泵站分二级工作时，一级与二级工作水泵的出水量（）；
——水泵每小时启动次数，一般取= 6。
三、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10—2—3。
图10—2—3 污水泵站机组布置
图10—2—3（）适用于卧式污水泵；图10—2—3（）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，以便检修水泵。但是，采取自灌式工作，会使泵房埋深加大，增加造价。
2.管道的布置与设计特点
每台水泵应设置一条单独的吸水管，这不仅改善了水力条件，而且可减少杂质堵塞管道的可能性。
吸水管的设计流速一般采用1.0～1.5，最低不得小于0.7，以免管内产生沉淀。吸水管很短时，流速可提高到2.0～2.5。
图10—2—4某排污泵站集水池图
如果水泵是非自灌式工作的，应利用真空泵或水射器引水启动，而不允许在吸水管进口处装置底阀，因底阀在污水中易被堵塞，影响水泵的启动，且增加水头损失和电耗。吸水管进口应装置喇叭口，其直径为吸水管直径的1.3～1.5倍。喇叭口安设在集水池的集水坑内。
压水管的流速一般不小于1.5，当两台或两台以上水泵合用一条压水管而仅一台水泵工作时，其流速也不得小于0.7，以免管内产生沉淀。各泵的出水管接入压水干管(连接管)时，不得自干管底部接入，以免水泵停止运行时，该水泵的压水管内形成杂质淤泥。每台水泵的压水管上均应装设闸门。污水泵出口一般不装设止回阀。
泵站内管道敷设一般用明装。进水管道常置于地面上，压水管由于泵房较深，多采用架空安装，通常沿墙架设在托架上。所有管道应注意稳定。管道的布置不得妨碍泵站内的交通和检修工作。不允许把管道装设在电气设备的上空。
污水泵站的管道易受腐蚀。钢管抵抗腐蚀性能较差，因此，一般应避免使用钢管。
四、泵站内部标高的确定
泵站内部标高主要根据进水管渠底标高或管中水位确定。自灌式泵站集水池底板与机器间底板标高基本一致，而非自灌式(吸入式)泵站，由于利用了水泵的真空吸上高度，机器间底板标高较集水池底板高。
集水池中最高水位，对于小型泵站，取进水管渠渠底标高；对于大、中型的泵站可取进水管渠计算水位标高。而集水池的有效水深，从最高水位到最低水位，一般取为1.5～2.0，如图10—2—4所示，池底坡度 =0.1～0.2倾向集水坑。集水坑的大小应保证水泵有良好的吸水条件，吸水管的喇叭口放在集水坑内，
一般朝下安设，其下缘在集水池中最低水位以下0.4，离坑底的距离不小于喇叭口进口直径的0.8倍，喇叭口在坑中的（图10—2—4）。清理格栅工作平台应比最高水位高0.5 以上。平台宽度应不小于0.8～1.0。沿工作平台边缘，应有高1.0的栏杆。为了便于下到池底进行检修和清洗，从工作平台到池底应有爬梯上下。
对于非自灌式泵站，水泵轴线标高可根据水泵允许吸上真空高度和当地条件确定。水泵基础标高则由水泵轴线标高推算，进而可以确定机器间地板标高。机器间上层平台标高一般应比室外地坪高出0.5。对于自灌式泵站，水泵轴线标高可由喇叭口标高及吸水管上管配件尺寸推算确定。
五、污水泵站中的辅助设备
1.格栅
格栅是污水泵站中最主要的辅助设备。格栅一般由一组平行的栅条组成，斜置于泵站集水池的进口处。其倾斜角度为600～800，如图10—2—4所示。
栅条间隙根据水泵性能确定，可按表10—2—1选用。
栅条的断面形状与尺寸可按表10—2—2选用。
格栅后应设置工作台，工作台一般应高出格栅上游最高水位0.5。
对于人工清除的格栅，其工作平台沿水流方向的长度不小于1.2，机械清除的格栅，其长度不小于1.5，两侧过道宽度不小于0.7。工作平台上应有栏杆和冲洗设施。
为了收集从格栅上取下的杂物，过去都靠人工清除。有的泵站，格栅深达6～7，人工清除，不但劳动强度大，而且随着各种工业废水的增加，污水中蒸发的有毒气体往往对清污工人的健康有很大的危害，甚至造成伤亡事故。因此，如何采用机械方法清除格栅上去的垃圾、杂物，便成为污水泵站机械化、自动化的重要课题。
表10-2-2 栅条面形状与尺寸表
机械格栅(机耙)能自动清除截留在格栅上的垃圾，将垃圾倾倒在翻斗车或其他集污设备内，大大地减轻了工人的劳动强度，保护了工人身体健康，同时可降低格栅的水头损失，节约电耗。
正方形

圆形

矩形

带半圆的矩形

国外有的地方已经使用机械手来清洗格栅。随着我国给水排水事业的机械化自动化程度的提高，机械格栅也将不断完善、不断提高。有关部门正在探索其定型化标准化，使之既能在新建工程中推广使用，又能适用于旧泵站的改造。
2.水位控制器
为适应污水泵站开停频繁的特点，往往采用自动控制机组运行。自动控制机组启动停车的信号，通常是由水位继电器发出的。图10—2—5为污水泵站中常用的浮球液位控制器工作原理。浮子1置于集水池中，通过滑轮5，用绳2与重锤6相连，浮子1略重于重锤6。浮子随着池中水位上升与下落，带动重锤下降与上升。在绳2上有夹头7和8，水位变动时，夹头能将杠杆3拨到上面或下面的极限位置，使触点4接通或切断线路9与10，从而发出讯号。当继电器接受讯号后，即能按事先规定的程序开车或停车。国内使用较多的有—12型浮球液位控制器、浮球行程式水位开关、浮球拉线式水位开关。 表10-2-1 污水泵前格橱的栅条间隙
水泵型号
栅条间隙（）
离心泵

≤20
4
≤40
6
≤70
8
≤90
轴流泵
20-70
≤60
28-70
≤90
图10—2—5 浮子水位继电器
1—浮子；2—绳子；3—杠杆；4—触点；5—滑轮
6—重锤；7—下夹头；8—上夹头；9、10—线路

图10—2—6 6PWA型污水泵站
1—来水干管 2—隔栅 3—吸水坑 4—冲洗水管
5—水泵吸水管 6—压水管 7—弯头水表
8—吸水管 9—单梁吊车 10—吊钩
除浮球液位控制器外，尚有电极液位控制器，其原理是利用污水具有导电性，由液位电极配合继电器实现液位控制。与浮球液位控制器相比，由于它无机械传动部分，从而具有故障少，灵敏度高的优点。按电极配用的继电器类型不同，分为晶体管水位继电器、三极管水位继电器、干簧继电器等。
3.计量设备
由于污水中含有机械杂质，其计量设备应考虑被堵塞的问题。设在污水处理厂内的泵站，可不考虑计量问题，因为污水处理厂常在污水处理后的总出口明渠上设置计量槽。单独设立的污水泵站可采用电磁流量计，也可以采用弯头水表或文丘里管水表计量，但应注意防止传压细管被污物堵塞，为此，应有引高压清水冲洗传压细管的措施。
4.引水装置
污水泵站一般设计成自灌式，无须引水装置。当水泵为非自灌工作时，可采用真空泵或水射器抽气引水，也可以采用密闭水箱注水。当采用真空泵引水时，在真空泵与污水泵之间应设置气水分离箱，以免污水和杂质进入真空泵内。
5.反冲洗设备
污水中所含杂质，往往部分地沉积在集水坑内，时间长了，腐化发臭，甚至填塞集水坑，影响水泵的正常吸水。
为了松动集水坑内的沉渣，应在坑内设置压力冲洗管。一般从水泵压水管上接出一根直径为50～100的支管伸入集水坑中，定期将沉渣冲起，由水泵抽走。也可在集水池间设一个自来水龙头，作为冲洗水源。
6.排水设备
当水泵为非自灌式时，机器间高于集水池。机器间的污水能自流泄入集水池，可用管道把机器间的集水坑与集水池连接起来，其上装设闸门，排集水坑污水时，将闸门开启，污水排放完毕，即将闸门关闭，以免集水池中的臭气逸入机器间内。当吸水管能形成真空时，也可在水泵吸水口附近(管径最小处)接出一根小管伸入集水坑，水泵在低水位工作时，将坑中污水抽走。
如机器间污水不能自行流入集水池时，则应设排水泵(或手摇泵)将坑中污水抽到集水池。
7.采暖与通风设施
集水池一般不需采暖设备，因为集水池较深，热量不易散失，且污水温度通常不低于10～20。机器间如必须采暖时，一般采用火炉，也可采用暖气设施。
排水泵站的集水池通常利用通风管自然通风，在屋顶设
置风帽。机器间一般只在屋顶设置风帽，进行自然通风。只有在炎热地区，机组台数较多或功率很大，自然通风不能满足要求时，才采用机械通风。
8.起重设备
起重量在0.5以内时，设置移动三角架或手动单梁吊车，也可在集水池和机器间的顶板上预留吊钩；起重量在0.5～2.0时，设置手动单梁吊车；起重量超过2.0时，设置手动桥式吊式。
深入地下的泵房或吊运距离较长时，可适当提高起吊机械水平。
六、排水泵站的构造特点及示例
由于排水泵站的工艺特点，水泵大多数为自灌式工作，所以泵站往往设计成为半地下式或地下式。其深入地下的深度，取决于来水管渠的埋深。又因为排水泵站总是建在地势低洼处，所以它们常位于地下水位以下，因此，其地下部分一般采用钢筋混凝土结构，并应采取必要的防水措施。应根据土压和水压来设计地下部分的墙壁(井筒)，其底板应按承受地下水浮力进行计算。泵房的地上部分的墙壁一般用砖砌筑。
一般说来，集水池应尽可能和机器间合建在一起，使吸水管路长度缩短。只有当水泵台数很多，且泵站进水管渠埋设又很深时，两者才分开修建，以减少机器间的埋深。机器间的埋深取决于水泵的允许吸上真空高度。分建式的缺点是水泵不能自灌充水。
辅助间(包括工人休息室)，由于它与集水池和机器问设计标高相差很大，往往分开修建。当集水池和机器间合建时，应当用无门窗的不透水的隔墙分开。集水池和机器间各设有单独的进口。
在地下式排水泵站内，扶梯通常沿着房屋周边布置。如地下部分深度超过3 时，扶梯应设中间平台。
在机器间的地板上应有排水沟和集水坑。排水沟一般沿墙设置，坡度为 =0.01，集水坑平面尺寸一般为0.4×0.4，深为0.5～0.6。
对于非自动化泵站，在集水池中应设置水位指示器，使值班人员能随时了解池中水位变化情况，以便控制水泵的开或停。
当泵站有被洪水淹没的可能时，应设必要的防洪措施。如用土堤将整个泵站围起来，或提高泵站机器间进口门坎的标高。防洪设施的标高应比当地洪水水位高0.5以上。
集水池间的通风管必须伸到工作平台以下，以免在抽风时臭气从室内通过，影响管理人员健康。
集水池中一般应设事故排水管。
图10—2—6所示为设卧式水泵(6 型)的圆形污水泵站。泵房地下部分为钢筋混凝
土结构，地上部分用砖砌筑。用钢筋混凝土隔墙将集水池与机器间分开。内设三台6型污水泵(两台工作用一台备用)。每台水泵出水量为110，扬程=23。各泵有单独的吸水管，管径为350。由于水泵为自灌式，故每条吸水管上均设有闸门。三台水泵共用一条压水管。
利用压水管上的弯头，作为计量设备。机器间内的污水，在吸水管上接出管径为25的小管伸到集水坑内，当水泵工作时，把坑内积水抽走。
图10—2—7 立式水泵的圆形污水泵站
1—来水干管；2—隔栅；3—水泵；4—电动机；5—浮筒开关装置；
6—洗面盆；7—大便器；8—单梁手动吊车；9—休息室
从压水管上接出一条直径为50的冲洗管(在坑内部分为穿孔管)，通到集水坑内。
集水池容积按一台水泵5的出水量计算，其容积为33 ，有效水深为2，内设一个宽1.5、斜长1.8的格栅。格栅用人工清除。
在机器间起重设备采用单梁吊车，集水池间设置固定吊钩。
图10—2—7为设三台立式水泵机组的圆形污水泵站。集水池与机器间用不透水的钢筋混凝土隔墙分开，各有单独的门进出。集水池中装有格栅，休息室与厕所分别设在集水池两侧，均有门通往机器间。水泵为自灌式，机组开停用浮筒开关装置自动控制。各泵吸水管上均设有闸阀，便于检修。联络干管设于泵房外。电动机及有关电气设备设在楼板上，所以水泵间尺寸较小，以降低工程造价。而且通风条件良好，电机运行条件和工人操作环境也好。起吊设备用单梁手动吊车。

第三节 雨水泵站工艺设计

当雨水管道出口处水体水位较高，雨水不能自流排泄；或者水体最高水位高出排水区域地面时，都应在雨水管道出口前设置雨水泵站。
雨水泵站基本上与污水泵站相同，下面仅就其不同的特点，予以说明。
一、雨水泵站的基本类型
雨水泵站的特点是流量大，扬程小，因此，大都采用轴流泵，有时也用混流泵。其基本形式有“干室式”如图（10—3—1）与“湿室式”如图（10—3—2）。
在“干室式”泵站中，共分三层。上层是电动机间，安装立式电动机和其它电气设备；中层为机器间，安装水泵的轴和压水管；下层是集水池。
图10—3—2“湿室式”雨水泵站
1—来水干管；2—隔栅；3—水泵；4—压水管；5—传动轴；6—立式电机；7—拍门；8—出水井；9—出水管；10—单梁吊车

图10—3—1“干室式”雨水泵站
1—来水干管；2—隔栅；3—水泵；4—压水管；5—传动轴；6—立式电机；7—拍门；8—出水井；9—出水管；10—单梁吊车

机器间与集水池用不透水的隔墙分开，集水池的雨水，除了进入水泵以外，不允许进入机器间，因而电动机运行条件好，检修方便，卫生条件也好。缺点是结构复杂，造价较高。
湿室型泵站中，电动机层下面是集水池，水泵浸于集水池内。结构虽比干室型泵站简单，造价较少，但泵的检修不如干室型方便，泵站内比较潮湿，且有臭味，不利于电气设备的维护和管理工人的健康。
二、水泵的选择
雨水泵站的另一特点是大雨和小雨时设计流量的差别很大。水泵的选型首先应满足最大设计流量的要求，但也必须考虑到雨水径流量的变化。只顾大流量忽视小流量，是不全面的，否则会给泵站的工作带来困难。雨水泵的台数，一般不宜少于2～3台，以便适应来水流量的变化。大型雨水泵站按流入泵站的雨水道设计流量来选择水泵；小型雨水泵站中(流量在2.5以下)，水泵的总抽水能力可略大于雨水道设计流量。
水泵的型号不宜太多，最好选用同一型号。如必须大小泵搭配时，其型号也不宜超过两种。如采用一大二小三台水泵时，小泵出水量不小于大泵的1/3。
雨水泵可以在旱季检修，因此，通常不设备用泵。
水泵的扬程必须满足从集水池平均水位到出水池最高水位所需扬程的要求。

三、集水池(也称吸水井)的设计
由于雨水管道设计流量大，在暴雨时，泵站在短时间内要排出大量雨水，如果完全用集水池来调节，往往需要很大的容积；另一方面，接入泵站的雨水管渠断面积很大，敷设坡度又小，也能起一定的调节水量的作用。因此，在雨水泵站设计中，一般不考虑集水池的调节作用，只要求在保证水泵正常工作和合理布置吸水口等所必须的容积。一般采用不小于最大一台水泵30的出水量。
由于雨水泵站大都采用轴流泵，而轴流泵是没有吸水管的，集水池中水流的情况会直接影响叶轮进口的水流条件，从而引起对水泵性能的影响。因此，必须正确地设计集水池，否则会使水泵工作受到干扰而使水泵性能与设计要求大大不同。
由于水流具有惯性，流速越大其惯性越显著，因此水流不会轻易改变方向。集水池的设计必须考