城镇排水泵站集水池设计水位的确定.pdf

浙江建 筑 ， 第 2 8卷 ， 第 6期 ， 2 0 1 1年 6月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，V o 1 2 8，No 6，J u n 2 01 1 城镇排水泵站集水池设计水位 的确定 De t er mi n a t i o n o f t h e Co l l e c t i o n Ba s i n De s ign W a t e r L e v e l o f Dr a i n a g e Pu mp i n g S t a t i o n 俞锋 YU F g ( 湖州市城市规划设计研究院 ， 浙江 湖州 3 l 3 0 0 0) 摘要 ： 按 照规范要求并结合实际工程设计经验 ， 针对不同类 型的排 水泵站集水池设计 水位 ， 总结 出了一套简 单易行 的计算 方法 ， 可供同行借鉴。 关键词 ： 排水泵站 ； 集水池 ； 最高设计水位 ； 启泵水位 中图分类号： T U 9 9 2 2 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 5 40 3 根据排 水性 质 的不 同 ， 排 水 泵 站 可分 为 污水 泵 站 、 雨 水泵 站和 合 流污 水 泵 站 。在排 水 泵 站 的设 计 过程 中 ， 集 水池相 关设 计水 位的确 定 十分重要 ， 它关 系到泵 的选 型 和整 个构 筑 物 的尺寸 ， 进 而影 响 到 工 程造 价 和建成后 泵站 的运行 管理 。 1 最高设计水位 最 高水 位 ， 一般指 泵站 在正 常运行 情况 下 ， 进 水 达 到设计 流量 时 的集 水池 水位 。对 于雨 水 泵站和 合 流 污水 泵站 ， 进 水 管 按 满 流 设 计 ， 因而 最 高 设 计 水 位应 与 进 水 管 管 顶 相 平 ， 室 外 排 水 设 计 规 范 ( G B T 5 0 0 1 4 2 0 0 6 ) 指 出 ， 我 国的 雨水 泵 站 运 行 时 ， 部分 受压情 况较 多 ， 因此最 高设计 水位 也可选 择 高于进 水管管 顶 ， 但 不得使 管道 上游地 面 冒水 ； 污 水 泵 站进水 干管 按非 满 流设 计 ， 因而 集 水 池最 高 设 计 水 位应按 进水 干 管设 计 充 满 度计 算 。实 际设计 中 ， 对于小 型污水 泵站 ( 最 高 日污水 量小 于5 0 0 0 r r l ) 最 高设 计 水位一 般取 进水 干管 管 底标 高 ； 对 于大 中型 污水泵站 ( 最 高 日污 水 量 小 于 1 5 0 0 0 m ) 可 取进 水 干 管设计 水面 标 高 。但 近 年 来 ， 随 着 城镇 规 模 的 扩 张及 施工技 术 的进步 ， 污水 干管埋 深越来 越 大 ， 如取 进 水干 管设计 标 高作 为集 水 池最 高 设 计 水位 ， 势必 造 成泵 房埋 深加 大 ， 工程 费用 及施 工难 度成倍 增加 ， 考虑到在污水泵站实 际运行过程 中， 污水干管存在 部分受压情况 ， 因此在条件允许时可选择高于进水 管管顶 ， 但 须低 于上游 干管 起始 管底标 高 ， 避 免管 道 上游 地面 冒水 。 2集水池有效容积、 最低 设计 ( 停 泵 ) 水位、 池底设计标高 为 了使 泵 站正 常 运行 ， 集 水 池 的贮 水部 分 必 须 有适 当的有 效容 积 ， 集 水 池设 计 最 高 水 位 与设 计 最 低水 位之 间 的容 积 称 为 有 效 容 积 。不 同类 型 的 泵 站 ， 有效容 积具 有 不 同 的确 定 方 式 。对 于 全昼 夜 运 行的大中型污水泵站 ， 集水池有效容积一般根据工 作水 泵机组 停 车时启 动备 用机 组所需 要 的时 问来计 算 ， 不应小 于最 大一 台水 泵5 mi n 的 出水 量 。如水 泵 机组 为 自动控 制 ， 根 据规 范要求 ， 对 污水泵 站应控 制 单 台泵开停 次 数不 大 于 6次 h ， 由此 推 算 最小 有 效 容积不应低 于水泵机组1 0 mi n 的出水量 ； 对于 雨 水泵 站和合 流污 水 泵 站 ， 由于雨 水 进 水 管部 分 可 作 为贮水 容积 考 虑 ， 根 据 规 范 ， 有 效 容 积 不 应 小 于 收 稿 日期 ： 2 0 l 1 0 3一l 5 作者简介： 俞锋 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 江西东 乡人 ， 工程师 ， 从事市政给排水设计工作。 第 6期 俞锋： 城镇排水泵站集水池设计水位的确定 5 5 最大一 台水泵3 0 s 的 出水 量。间歇 使用 的排水泵 站 ， 应按 一次 排人 的水 、 泥 量 和水 泵 输 送 能 力计 算 ， 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 ， 此 时集 水 池 有 效 容积 应 能 够 满 足贮 存 夜间流 入量 的要求 。 水泵机 组不 同 ， 停 泵 水位也 不 同 ， 最低 设计水 位 一 般取 决 于水泵 吸水 喇叭 口的安 装条 件及 叶! 沦的淹 没深度 。卧式 离 心泵及 立式 轴流 泵 的最 低水 位确定 方法可 以参 照 手 册 。潜 水 泵 的 最 低 设 计 水 位 则 在保证 淹没泵 蜗壳 顶 部 的 同 时 ， 还应 考 虑 抽 水 过程 形成漩 涡使水 位 降低 对水 泵 运 行造 成 的影 响 ( 如可 能导致水泵抽气不抽水) ， 使水泵空载运行 ， 因此最 低设 计 水位应 该淹 没叶 轮 0 1 0 2 m； 对 于小 功率 潜水泵 ， 其最低设计水位可以考虑淹没泵体 ， 这样可 以省去冷 却装 置 集水 池 有效 容 积 、 最 低设 计 水 位及 池 底设 计 标 高相 互制 约 ， 三 者之 间的 关系 如下 ： H = ， 、 一 V A H0=I 1 一 h 式 中 ： 口 一 集水 池最 低设 计水位 ； 日一集水池最高设计水位 ： 集水 池设计 有效 容积 ； 一 集水 池平 面面 积 ； 一 池底设计标高 ； 一水 泵 吸水 口安装 要求 水深 。 在 实际设 计过程 中 ， 需 对这 3个 参数 相互 校核 ， 如 ： 确定 了池底 设 计标 高 ， 计 算 最 低 水 位 时 ， 需 校 核 集水 池有效 容 积能 否 满 足规 范 要 求 ， 即不 低 于水 泵 机组 1 0 ra i n 出水 量 ； 确定 了有 效 容积 ， 需 校 核 池底 设 计标 高能 否满 足构 筑物 构 造 及 设 备 安装 、 运 行 管 理 要求 。 3正常工作水位 正 常工作 水位 指 水泵 运 行 时经 常 保持 的水 位 ， 在最 高与最 低水 位 之 间 ， 由泵 站 管 理 单位 根 据 具 体 情况 决定 ， 一 般根 据集 水池有 效水 深 的平均 值确定 。 由于泵 站经 常运 行在 最 高 水 位 与最 低 水 位 之 Ifi 】 ， 因 此须 校核水 泵 运 行 工 况 在 此 范 围 内是 否 均 处 在 高 效段 动控 制 时每 小 时 开 泵 次 数 不 得 超 过 6次 的 规 范 要 求 ， 因此 ， 启 动 水位 1到最 低水位 之 间水体 的体积 至 少要 满足 最 大 一 台 水 泵 最 短 工 作 周 期 ( 污 水 泵 站 ： 1 0 ra i n ， 雨水泵站： 3 0 s ) 出水量的要求。由于污水泵 站的设 计规 模是 按 最高 日最 高 时 流量 确 定 的 ， 而 实 际上平 日泵 站污 水量 基 本 上 是 处 于小 流 量 状况 下 ， 所 以对 于一个 常 年运 行 的 泵 站 ， 更 多 的是 在 单泵 情 况下 运行 。因此确定 启 动水位 1 对 于污水 泵站具 有 重要 意 ， 水 位确定 不合 堙 易导 致机 组启 闭频 繁 ， 对 运行 控制 不利 。 ( 2 ) 启 泵水 位 2 、 启 泵水 位 3 。启 动水 位 2 、 3指 水泵 运行 时 由于水位 上升需 要 再投入 1台水泵运 行 需要 的水 位 为满 足 当污 水泵 站水泵 机组 为 自动 控 制时 每小 时开泵 次数 不 得 超过 6次 ( 雨 水泵 站 水 泵 机组最 短工 作周 期3 0 S ) 的规 范要 求 ， 从 最 低设 计 水 位 到启 动水 位 2 、 3之 间水体 的体 积至少 要满 足投 入 运 行 的水泵 并 联 运 行 1 0 mi n ( 雨 水 泵 站 ： 3 0 S ) 的 水 I II 1 - 要求 。从 图 1 可 知 ， 水泵 并 联 的 总 出水 量 并 非 是单台水泵单独工作时 水量 的简单叠加， 而是前 者 小于后 者 。因此 ， 确 定 并 联 运行 的 多 台水 泵启 动 水位 时应 考虑 该特 性 ， 同时 也应 该 考 虑 由于水 位 上 升 造成 的静扬 程减小 、 工 况点 偏移 等问题 。 图 1 水泵 并联 运行特性 曲线 启泵水位若仅按水泵机组最短运行周期的流量 确 定 ， 可能会 导致 启泵 水位 太低 ， 水位传 感器 反应不 够 灵敏 ， 影 响到 水泵 机组 的切 换运 行 。因此 ， 在实 际 设 计 中应 尽 量考虑 2个水 位之 间水体 体 积大 于水泵 并 联运行 最短 工作 周期 的要 求 。 通过设置启动水位 2 、 3 ， 阶梯式开启水泵， 可以 降低集水池正常工作水位 为上游排水干管创造 良 好 的水力 条件 。 4启 泵水 位 、 ，。 5 警戒水位 ( 1 ) 启泵 水 位 1 。启 动水 位 1的确 定 不 仅 要 结 一 合集水池的构造特点， 而且要满足当水泵机组：勾自 考虑最不利情况， 即集水池的进水量连续数小 5 6 浙江建筑 2 0 1 1 年第 2 8卷 时大 于最高 日最 高 时设 计 流量 ， 或是 水 泵 因 出现 故 障而关 闭进 水 闸门需 要 一段 时 间 ， 使 得 集 水池 水 位 不断上 升危 及机 器 间 ， 因此 有 必要 设 定 一 个警 戒 水 位 。当集水池 水 位 上升 到 警 戒水 位 时 ， 打 开 事故 阀 门， 关闭进水闸门。由于机器 间格栅的人工操作平 台高程至 少应该 高 出最高设 计水 位或可 能 出现 的最 高水 位 以上 0 51 0 m ， 且 不 低 于 溢 流 管 水 位 ， 因此可 以确定将 警戒 水位 的上 限定在格 栅 的人工操 作平 台以下 0 51 0 m； 警 戒 水 位 下 限的 确定 与关 闭闸 门需 要 的时间 有 关 ， 即水 泵 出现 故 障 时关 闭 进 水闸 门期 间 的进 水 水位 。但 是 ， 目前 很 多 全地 下 式 小型污水 泵站 ， 由于采用粉 碎格 栅机替 代机 械格栅 ， 不存在 机器 间被淹 的 问题 ， 因此 ， 在 无法设 置事 故排 放 口的情况 下 ， 也 可不设 置警 戒水位 。 6工 程 实 例 南方 某 地 区污 水 提升 泵站 ， 泵站 远期 设 计 规模 1 5 0 0 0 m d ，污 水 最 大 提 升 高 度 1 5 m， 最 大 设 计 流 量9 4 5 m h ， 进水 干 管 管 径 为 8 0 0 mm， 管 内底 标 高 一 3 9 0 0 m， 设 计地 面标 高 3 8 I T I 。主 体 构 筑 物 为矩 形沉 井结 构 ， 长 1 8 4 m， 宽7 8 m， 集 水 池 底 面 面 积 6 4 1 3 m 。选 用 WQ 3 1 5 1 5 2 2型潜 污泵 4台 ， 3用 1 备 ， 近期安 装 2台 ， 见 图 2 。 图 2 南方 某 地 区污 水 提 升 泵 站 示 意 图 ( 1 ) 最 高 水 位 。泵 站 进 水 于 管 管 内 底 标 高 为 一 3 9 m， 设 计充 满度 0 7 ， 取进水干管设计水 面标高 一 3 3 4 m为集水 池最 高水位 。 ( 2 ) 最 低水 位 、 池 底 设 计 标 高 。取 有 效 水 深 为 2 5 m， 最低 设计 水 位 一 5 8 4 n l ， 有 效 容积 1 6 0 3 m ， 满 足 3台水 泵 机 组 最 短 工 作 周 期 ( 1 0 mi n ) 出 水 量 1 5 7 5 m 的要求 。该 工程 采 用 WQ 3 1 5 1 5 - 2 2型潜 水 泵 ， 不带冷却装置 ， 根据手册提供 的安装大 样 图 ， 水 泵 最 小淹没水深取o 9 m， 为满 足水 泵冷 却 以及安装 、 运 行管理 的要求 ， 确定 池底设计标 高为 一 4 9 4 0 m。 ( 3 ) 启泵水 位 I 。取最短 运行周期 1 0 m i n ， 初 步计 算启动水位 1 应大于 3 1 51 0 6 0 6 4 1 3= 0 8 1 9 I I 1 。考 虑到集水 池水位上升 ， 水泵 工况点右 移 ， 泵流 量增加 ， 经过核算启 泵水位 1 I0 8 4 113 。故该 工程确 定启泵水 位 1为 一 5 8 4+ 0 8 4=一 5 O 0 m， 取 一 5 O 0 m。 ( 4 ) 启泵水 位 2 。取 最短 运 行 周 期 1 0 mi n ， 初 步 计 算 启 动 水 位 2应 大 于 3 1 5 x 21 0 6 0 6 4 1 3： 1 6 3 8 m。考虑到集水池水位 上升 ， 水泵工况 点右移 ， 泵流量增加 ， 而单泵流量减少 ， 经过核算启泵水位 2 1 6 4 2 m。故 该 工 程 确 定 启 泵 水 位 1为 一5 8 4+ 1 6 4 2=一 4 2 0 I n ， 取 一 4 2 0 I 11 。同理启 泵 水位 3取 一 3 8 0 m 。 ( 5 ) 警戒 水 位 。 由 于该 工 程 不 存 在 机 器 间 ， 也 不允许 设 置事故 排放 口， 故 可 以不 设置 警戒 水位 。 7 结 语 本 文 是 在进 行 城镇 排 水 泵站 设 计 时 ， 总结 出的 一 些 基本 概念 和方 法 ， 有 待 在今 后 的 工 程 实践 中不 断提 高 和完善 ， 如有 不妥 之处 ， 请 同行 指正 。 参 考 文 献 】 盛建康 ， 邓培 德， 毛孟 修， 等 G B T 5 0 0 1 4 2 0 0 6室外 排水设计 规范 s 北京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 6 2 北京市市 政工 程设计 研究 总院 给排水设 计 手册 ： 城 镇排水 M 2版 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 4： 1 6 91 7 0 3 窦 以松 ， 刘 清 奎 ， 陈登 毅 ， 等 Gt3 1 T 5 0 2 6 5 9 7泵 站设 计 规 范 s 北京 ： 中国计划 出版社 ， 1 9 9 7