城镇排水泵站集水池设计水位的确定.docx

城镇排水泵站集水池设计水位的确定

　　1前言

　　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尺寸的计算，进而影响到工程造价和建成后泵站的运行管理。

　　2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[1]设计污水泵站，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[1]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5000 m3）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15000 m3）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，在条件允许时选择高于进水管管顶污水泵站，但须低于上游干管起始管底标高，避免管道上游地面冒水
　　为了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间来计算，如不应小于最大一台水泵5min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10min出水量[1]。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[1]，有效容积不应小于最大一台水泵30s的出水量。间歇使用的排水泵站，应按一次排入的水、泥量和水泵输送能力计算，如对于小型污水泵站，由于夜间的流入量不大，通常在夜间停止运行污水泵站，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轮的淹没深度。卧式离心泵及立式轴流泵的最低水位的确定方法可以参照手册[2]。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0.1~0.2m。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三个参数相互制约，他们之间的关系如下：

　　Hmin=Hmax-V/A 式1

　　H0= Hmin -△h 式2

　　式中，Hmin表示集水池最低设计水位，Hmax表示集水池最高设计水位，V表示集水池设计有效容积，A表示集水池平面面积，H0表示池底设计标高，△h表示水泵吸水口安装要求水深。

　　在实际设计过程中，需对这三个参数相互校核污水泵站，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10min出水量，如确定了有效容积，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。

　　4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。如集水池有效水深为2m，则正常水位可取1m
　　5.1启泵水位1

　　启动水位1的确定不仅要结合集水池的构造特点，而且要满足当水泵机组为自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(10min)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义，水位确定不合理易导致机组启闭频繁污水泵站，对运行控制不利。

　　5.2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一台水泵运行需要的水位。为满足当水泵机组为自动控制时每小时开泵次数不得超过6次的规范要求，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10min的出水量要求。需要注意的是，从图1多台水泵并联运行特性曲线可知，水泵并联的总出水量并非是单台水泵单独工作时出水量的简单叠加，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

　　5.3讨论

　　水泵启动水位若仅按水泵机组最短运行周期l0min的流量确定，可能会导致水泵两个启动水位太低，水位传感器反应不够灵敏，影响到水泵机组的却换运行。因此，在实际设计中应尽量考虑两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，为上游污水干管创造良好的水力条件。

　　6警戒水位

　　考虑最不利情况，即集水池的进水量连续数小时大于最高日最高时设计流量，或是水泵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污水泵站，因此有必要设定一个警戒水位
　　南方某地区污水提升泵站，泵站远期设计规模15000 m3/d，污水最大提升高度15m，最大设计流量945m3/h，进水干管管径d800，管内底标高-3.900m污水泵站，设计地面标高3.8m。主体构筑物为矩形沉井结构，长18.4m，宽7.8m，集水池底面面积64.13m2。选用WQ315-15-22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

　　相关设计水位的确定：

　　(1)最高水位。泵站进水干管管内底标高为-3.9m，设计充满度0.7，取进水干管设计水面标高-3.34m为集水池最高水位。

　　(2)最低水位、池底设计标高。取有效水深2.5m，最低设计水位-5.84m，有效容积160.3m3，满足3台水泵机组10min最短工作周期(10min)出水量157.5m 3的要求。本工程采用WQ315-15-22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0.9m，为满足水泵冷却以及安装、运行管理的要求，本工程确定池底设计标高为-4.940m。

　　(3)启泵水位1。取最短运行周期10min污水泵站，初步计算启动水位1应大于31510／60／A=0.819m。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10.84m
　　(5)警戒水位。由于本工程不存在机器间，也不允许设置事故排放口，故可以不设置警戒水位。

参考文献:

[1]上海市政工程设计研究总院.室外排水设计规范.GB/T 50014-2006. 北京：中国计划出版社，2006

[2]北京市市政工程设计研究总院.给排水设计手册（第5册）.城镇排水.（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2004

[3]中华人民共和国水力部.泵站设计规范.GB/T 50265-97. 北京：中国计划出版社，1997