关于水利工程泵站结构设计的看法和建议

[摘 要]本文主要从泵房整体设计、稳定性分析、地基处理、机械设备几个方面对供水泵站结构设计进行了分析与研究，提出了一些看法和建议。 
[关键词]泵房尺寸；地基处理；机械设备； 
　　一、前言 
　　泵站是解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化当今三大水资源问题的有效工程措施之一，承担着区域性的防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任，主要用于农田排灌、城市给排水以及跨流域调水等，在水资源的合理调度和管理中起着不可替代的作用。同时，泵站又为耗能大户，设备维护和更新费用高，因此，在水利工程中，泵站结构设计是非常重要的。 
　　二、泵房整体设计 
　　1、泵房高度的确定 
　　（1）主泵房电动机层以上净高应满足以下要求：第一，立式机组应满足水泵轴或电动机转子连轴的吊运要求。如果叶轮凋节机构为机械操作，还应满足调节杆吊装的要求。第二.卧式机组应满足水泵或电动机整体吊运，或从运输设备上整体装卸的要求。第三，起重机最高点与屋面大梁底部距离不应小于0.3 m。 
　　（2）吊运设备与固定物的距离应符合下列要求：第一，采用刚性吊具时，垂直方向不应小于0.3m；采用柔性吊具时，垂直方向不应小于0.5m。第二，水平方向不应小于0.4m。第三，主变压器检修时，其抽芯所需的高度不得作为确定主泵房高度的依据。起吊高度不足时，应设变压器检修坑。 
　　（3）水泵层净高不宜小于4.0m，排水泵室净高不宜小于2.4m，空气压缩机室净高应大于贮气罐总高度，且不应低于3.5 m，并有足够的泄压面积。主泵房水泵层底板高程应根据水泵安装高程和进水流道布置或管道安装要求等因素确定。水泵安装应结合泵房处的地形、地质条件综合确定。主泵房电动机层楼板高程应根据水泵安装高程和泵轴、电动机轴的长度等因素确定。 
　　2、主泵房宽度的确定 
　　（1）立式机组：泵房宽度应由电动机或风道最大尺寸及上、下游侧运行维护通道所要求的尺寸确定。电动机层和水泵层的上、下游侧均应有运行维护通道，其净宽不宜小于1.2m-1.5m；当一侧布置有操作盘柜时，其净宽不宜小于2.0m。水泵层的运行通道还应满足设备搬运的要求。 
　　（2）卧式机组：泵房宽度应根据水泵、阀门和所配置的其他管件尺寸，并满足设备安装、检修以及运行维护通道或交通道布置的要求确定。 
　　3、泵房长度的确定 
　　主泵房长度应根据主机组台数、布置形式、机组间距、边机组段长度和安装检修问的布置等因素确定。并应满足机组吊运和泵房内部交通的要求。 
　　三、泵房稳定分析及地基处理 
　　1、泵房稳定分析 
　　（1）自重包括泵房结构自重、填料质量和永久设备质量。 
　　（2）静水压力应根据各种运行水位计算。对于多泥沙河流，应考虑含沙量对水容重的影响。 
　　（3）扬压力应包括浮托力和渗透压力。渗透压力应根据地基类别，各种运行情况下的水位组合条件，泵房基础底部防渗、排水设施的布置情况等因素计算确定。对于土基，宜采用改进阻力系数法计算；对岩基，宜采用直线分布法计算。 
　　（4）土压力应根据地基条件。回填土性质、泵房结构可能产生的变形情况等因素，按主动土压力或静止土压力计算。计算时应计及填土面上的超载作用。 
　　（5）泥沙压力应根据泵房位置、泥沙可能淤积的情况计算确定。 
　　2、地基计算及处理 
　　泵房选用的地基应满足承载能力、稳定和变形的要求。1000泵房地基应优先选用天然地基。标准贯入击数小于4击的黏性土地基和标准贯入击数小于或等于8击的砂性土地基，不得作为天然地基。当泵房地基岩土的各项物理力学性能指标较差，且工程结构又难以协调适应时，可采用人工地基。土基上泵房和取水建筑物的基础埋置深度，应在最大冲刷线以下。位于季节性冻土地区土基上的泵房和取水建筑物，其基础埋置深度应大于该地区最大冻土深度。只有竖向对称荷载作用时，泵房基础底面平均应力不应大于泵房地基特力层允许承载力；在竖向偏心荷载作用下，除应满足基础底面平均应力不大于地基持力层允许承载力外，还应满足基础底面边缘最大应力不大于1.2倍地基持力层允许承载力的要求；在地震情况下，泵房地基持力层允许承载力可适当提高。泵房地基允许沉降量和沉降差，应根据工程具体情况分析确定，满足泵房结构安全和不影响泵房内机组的正常运行。 
　　泵房的地基处理方案应综合考虑地基土质、泵房结构特点施工条件和运行要求等因素，经技术经济比较确定。换土垫层桩基础、沉井基础、振冲砂桩和强夯等常用地基处理设计应符合国家现行标准《水闸设计规范》及其他有关专业规范的规定。泵房地基中有可能发生“液化”的土层应挖除。当该土层难以挖除时，宜采用桩基础、振冲砂桩或强夯等处理措施，也可结合地基防渗要求，采用板桩或截水墙围封。泵房地基为湿陷性黄土地基，可采用重锤表层夯实、换土垫层、灰土桩挤密、桩基础或预浸水等方法处理，并应符合现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》的规定。泵房基础底面下应有必要的防渗设施。泵房地基为膨胀土地基，在满足泵房布置和稳定安全要求的前提下，应减小泵房基础底面积，增大基础埋置深度，也可将膨胀土挖除，换填无膨胀性土料垫层，或采用桩基础、泵房地基为岩石地基，应清除表层松动、破碎的岩块，并对夹泥裂隙和断层破碎带进行处理。对岩溶地基，应进行专门处理。 
　　四、水力机械及辅助设备要求 
　　1、应满足泵站设计流量、设计扬程及不同时期供排水的要求。 
　　2、在平均扬程时，水泵应在高效地区运行；在最高与最低扬程时，水泵应能安全、稳定运行。排水泵站的主泵，在确保安全运行的前提下，其设计流量宜按最大单位流量计算。从多泥沙水源取水时，应计入泥沙含量、粒径对水泵性能的影响；水源介质有腐蚀性时，水泵叶轮及过流部件应有防腐措施。 
　　3、应优先选用国家推荐的系列产品和经过鉴定的产品。当现有产品不能满足泵站设计要求时，可设计新水泵。新设计的水泵必须进行模型试验或装置模型试验，经鉴定合格后方可采用采用国外先进产品时，应有充分论证。 
　　4、具有多种泵型可供选择时，应综合分析水力性能、机组造价、工程投资和运行检修等因素择优确定。条件相同时宜选用卧式离心泵。 
　　多泥沙水源主泵选型除符合以上规定外，还应满足下列要求： 
　　第一，应优先选用汽蚀性能好的水泵。 
　　第二，机组转速宜较低。 
　　第三，过流部件应具有抗磨蚀措施。 
　　第四，水泵导轴承宜用清水润滑或油润滑。 
　　第五，主泵台数宜为3～9台，流量变化幅度大的泵站，台数宜多；流量比较稳定的泵站，台数宜少。 
　　第六，备用机组数的确定应根据供水的重要性及年利用小时数确定，并应满足机组正常检修要求。 
　　第七，对于叶轮名义直径大于或等于160mm的轴流泵和混流泵，应有装置模型试验资料；当对过流部件型线做较大更改时，应重新进行装置模型试验。 
　　第八，离心泵和蜗壳式混流泵可采用车削调节方式改变水泵性能参数，对车削后的叶轮必须做静平衡试验。 
　　第九，水泵可降速或增速运行 增速运行的水泵，其转速超过设计转速5%时，应对其强度、磨损、汽蚀、水力振动等进行论证。 
　　五、结束语 
　　综上所述，本文主要对水利工程泵站结构设计问题进行了分析，以上是泵房结构设计需要注意的几个方面，因此，在今后的设计中应认真执行相关规范，在实际工作中提高自己的设计水平。 
　　参考文献 
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