民星南(nán)排水(shuǐ)系統屬于蘊南(nán)片達标建設的(de)待建強排系統之一，實行分(fēn)流制排水(shuǐ)體制，規劃服務面積約382hm2，排水(shuǐ)系統邊界爲海安路-何楊支線-白城(chéng)路-共青森林(lín)公園西側邊界-嫩江路-黃(huáng)浦江-複興島運河(hé)所圍成的(de)區(qū)域。根據《室外排水(shuǐ)設計規範》（2016版）以及上海市最新的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)系統規劃，設計重現期定位5年，經計算(suàn)得(de)到泵站設計規模爲35m3/s，屬于大(dà)型市政雨(yǔ)水(shuǐ)泵站。

 

泵站的(de)主要特點及建設條件如下(xià)：

 

（1）泵站規模大(dà)，側向進水(shuǐ)側向出水(shuǐ)，水(shuǐ)力流态複雜(zá)

 

民星南(nán)雨(yǔ)水(shuǐ)泵站是按照(zhào)新版室外排水(shuǐ)規範要求高(gāo)标準建設的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)泵站，其服務面積達達到382hm（21hm2=104m2），泵站位于上海機床廠内，受 到已有道路條件和(hé)周邊廠房(fáng)的(de)限制，爲側向進水(shuǐ)側向出水(shuǐ)的(de)形式，水(shuǐ)力條件較爲複雜(zá)。

 

（2）泵站排放水(shuǐ)體水(shuǐ)位變化(huà)大(dà)且泵房(fáng)深度深

 

雨(yǔ)水(shuǐ)泵站排放水(shuǐ)體爲黃(huáng)浦江，根據水(shuǐ)文資料和(hé) 《城(chéng)市排水(shuǐ)泵站設計規程》的(de)要求，外排水(shuǐ)體黃(huáng)浦江防汛潮位取5.86m，平均潮位取3.12m，平均低潮位取1.29m，結合泵站集水(shuǐ)池的(de)設計水(shuǐ)位，水(shuǐ)泵設計揚程爲8.5m，最低揚程4.8m，最高(gāo)揚程達到12.9m， 超過一般雨(yǔ)水(shuǐ)泵站常用(yòng)的(de)軸流泵的(de)揚程範圍。泵房(fáng)進水(shuǐ)箱涵尺寸爲4m x 4m，設計内底标高(gāo)-5.20m，設計地面标高(gāo)5.30m，進水(shuǐ)管道埋深達到10.5m。

 

（3）泵站用(yòng)地條件苛刻

 

泵站用(yòng)地東側北(běi)部邊界即現狀虬江泵閘管理(lǐ)用(yòng)地圍牆，東部邊界即現狀黃(huáng)浦江防汛牆，西側邊線距現狀上海機床廠廠房(fáng)約11.0m，東西寬約57.0~96.5 m，南(nán)北(běi)長(cháng)約95.5~97.0m，占地面積約7 073.5m2，遠(yuǎn)小于常規35m3/s的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)泵站的(de)建設用(yòng)地，且形狀不規則。根據防汛要求，站内建構築物(wù)需退讓黃(huáng)浦江防汛牆10m，結合圍牆等退界要求，雨(yǔ)水(shuǐ)泵房(fáng)最窄處不到40m。

 

（4）泵站安全性及維護便利性要求高(gāo)

 

民星南(nán)雨(yǔ)水(shuǐ)泵站位于上海市中心城(chéng)區(qū)，是服務範圍内的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)的(de)最終排口，關系到人(rén)民群衆的(de)生産生活，一旦不能正常運行，将會發生地區(qū)積水(shuǐ)，影(yǐng)響周邊居民的(de)交通(tōng)出行和(hé)财産安全，因此，雨(yǔ)水(shuǐ)泵站需要保證在汛期正常運行，實際上現在雨(yǔ)水(shuǐ)泵站在運行維護中的(de)打回籠水(shuǐ)制度，正式對(duì)于泵站安全運行的(de)重要保證。另外維護的(de)便利性也(yě)是現代化(huà)泵站的(de)設計要求。

 

水(shuǐ)泵是雨(yǔ)水(shuǐ)泵站的(de)核心設備，其選型方案的(de)合理(lǐ)性是滿足上述總結的(de)特點和(hé)建設條件的(de)核心因素，也(yě)是泵站在建成後能夠安全、穩定、節能、高(gāo)效運行的(de)關鍵。

 

 

2. 水(shuǐ)泵選擇原則

 

由于民星南(nán)雨(yǔ)水(shuǐ)泵站設計規模大(dà)，水(shuǐ)力流态複雜(zá)且位于上海市中心城(chéng)區(qū)和(hé)黃(huáng)浦江沿岸，因此，對(duì)水(shuǐ)泵選擇提出以下(xià)原則。

 

（1）作爲大(dà)型泵站設備，水(shuǐ)泵選型應經過實踐檢驗。

 

（2）爲便于應對(duì)不同的(de)降雨(yǔ)強度，單台水(shuǐ)泵設計流量不宜過大(dà)。

 

（3）爲便于泵站的(de)運行管理(lǐ)，宜采用(yòng)相同規格的(de)水(shuǐ)泵，便于輪換開啓，互爲備用(yòng)，也(yě)能在一定程度上降低泵房(fáng)土建複雜(zá)性，減少工程投資。

 

 

（4）爲降低不同水(shuǐ)泵之間的(de)運行幹擾，水(shuǐ)泵之間需滿足3~4m的(de)間距，考慮泵站有限的(de)用(yòng)地，需控制水(shuǐ)泵台數；另一方面，從投資控制和(hé)運行管理(lǐ)的(de)角度出發，也(yě)要求水(shuǐ)泵台數不宜過多(duō)。

 

 

3. 水(shuǐ)泵形式特點分(fēn)析

 

根據上述分(fēn)析，泵站的(de)養成變化(huà)較大(dà)，且最高(gāo)楊程達到12.9m，基本排除軸流泵這(zhè)種泵型，下(xià)面針對(duì)離心泵和(hé)混流泵兩種泵性進行分(fēn)析，最終确定 選擇的(de)水(shuǐ)泵型式。

 

3.1 離心泵主要特點

 

離心泵的(de)作用(yòng)原理(lǐ)是利用(yòng)葉輪高(gāo)速旋轉産生的(de)離心力，并在葉輪中心形成真空，使水(shuǐ)在大(dà)氣壓的(de)作用(yòng)下(xià)被吸入水(shuǐ)泵内，從而使液體的(de)壓能、位能和(hé)動能得(de)到增加。其型式多(duō)樣，适用(yòng)的(de)流量、揚程範圍較廣， 可(kě)通(tōng)過葉輪設計擁有無堵塞特性，廣泛應用(yòng)于城(chéng)市排水(shuǐ)工程中。

 

3.2 混流泵主要特點

 

混流泵的(de)作用(yòng)原理(lǐ)兼有離心泵和(hé)軸流泵的(de)特點，其葉輪高(gāo)速旋轉時(shí)，既能産生離心泵的(de)離心力，也(yě)具有軸流泵的(de)推升力。其葉輪出水(shuǐ)緣相對(duì)于泵軸存在一定的(de)傾斜度，轉速介于軸流泵和(hé)離心泵之間。按照(zhào)葉輪形式的(de)不同，分(fēn)爲偏向于軸流泵推升力作用(yòng)方式的(de)導葉形葉輪和(hé)偏向于離心泵作用(yòng)原理(lǐ)的(de)蝸形葉輪。混流泵的(de)輸送流量和(hé)揚程介于離心泵與軸流泵之間，一般流量較離心泵大(dà)，揚程則高(gāo)于常見的(de)軸流泵。

 

3.3 水(shuǐ)泵比轉速分(fēn)析

 

比轉速ns是在相似定律的(de)基礎上導出的(de)一個(gè)包括流量、揚程和(hé)轉速在内的(de)綜合特征數,它是計算(suàn)泵結構參數的(de)基礎，可(kě)以反映水(shuǐ)泵流量、揚程和(hé)轉速的(de)關系，便于判定水(shuǐ)泵的(de)性能、形式及特點，其定義如式（1）。

 （1） 

 

離心泵和(hé)混流泵的(de)比轉速範圍及葉輪形狀如表1所示。

表 1 離心泵與混流泵對(duì)比表 

 

不同比轉速下(xià)兩種泵型的(de)性能曲線及葉輪方式如圖1所示。

注：nq也(yě)是比轉速的(de)表達方式之一，ns=3.65 nq

圖 1 水(shuǐ)泵性能曲線及葉輪型式圖

 

 

4. 水(shuǐ)泵選型及布置

 

水(shuǐ)泵轉速與水(shuǐ)泵配套電機的(de)極數之間關系如式（2）。

 

電動機轉速=60x電動機頻(pín)率/電動機極對(duì)數（2） 

 

常見大(dà)型排水(shuǐ)泵配套電機的(de)極數爲8~20級， 則由式（2）可(kě)知，同步轉速範圍爲300~750，代入式（1）計算(suàn)，可(kě)知本工程水(shuǐ)泵比轉速 411~1 028。由表1可(kě)知，宜采用(yòng)混流泵作爲本工程雨(yǔ)水(shuǐ)泵。

 

水(shuǐ)泵不同安裝方式的(de)選擇直接影(yǐng)響泵房(fáng)設計，且會影(yǐng)響日後泵站的(de)運行管理(lǐ)。爲了(le)保證泵站能安 全、可(kě)靠、長(cháng)久地運行，應選用(yòng)高(gāo)效節能、運行管理(lǐ)方便、養護維修經驗成熟的(de)水(shuǐ)泵。根據目前市場(chǎng)上水(shuǐ)泵産品的(de)供應及使用(yòng)情況，泵站設計一般采用(yòng)幹式 和(hé)濕式兩種型式的(de)水(shuǐ)泵，幹式泵又分(fēn)爲傳統幹式泵和(hé)抽芯式幹式泵。

 

幹式泵維護保養方便，但土建、安裝工作量大(dà)，對(duì)電機絕緣保護等級相對(duì)較低。濕式泵如潛水(shuǐ)泵，電機與水(shuǐ)泵構成一體，潛入水(shuǐ)下(xià)運行，安裝方便、土建簡單、噪聲低、維護方便但成本略高(gāo)等。幹式泵和(hé)濕式泵各自具有較爲明(míng)顯的(de)優缺點，具體比較如表2所示。

 

 

表 2 不同水(shuǐ)泵安裝方式優缺點比較

 

經綜合比較，三種水(shuǐ)泵中傳統幹式泵對(duì)泵房(fáng)土建影(yǐng)響大(dà)，結構複雜(zá)，土建造價高(gāo)，抽芯式幹式泵土建造價居中，潛水(shuǐ)泵土建造價略低；三種水(shuǐ)泵選型的(de)運行成本接近；從設備采購(gòu)價格來(lái)說，傳統幹式泵價格略低，抽芯式幹式泵價格居中，潛水(shuǐ)泵價格略高(gāo)。

 

 

在日常維護的(de)便利程度和(hé)維修成本等方面，幹式（抽芯式、傳統）泵具有較明(míng)顯的(de)優勢。根據選定的(de)水(shuǐ)泵流量和(hé)揚程，經計算(suàn)本工程單台水(shuǐ)泵功率約爲450kW，根據《上海市城(chéng)市排水(shuǐ)有限公司排水(shuǐ)泵站标準化(huà)設計要求》，水(shuǐ)泵電機功率躍300kW，在平面、高(gāo)程布置等條件允許的(de)情況下(xià)，宜選用(yòng)幹式泵，考慮到本工程所選用(yòng)的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)泵規模大(dà)、揚程略高(gāo)，本次選用(yòng)幹式（抽芯式）泵。 

 

上海市目前已建成的(de)大(dà)型雨(yǔ)水(shuǐ)泵站中，雨(yǔ)水(shuǐ)泵數量一般在6~10台左右，根據上述選泵原則，結合泵房(fáng)平面尺寸，水(shuǐ)泵的(de)布置形式共有2個(gè)方案，分(fēn)别 是8台水(shuǐ)泵，單台設計規模4.75m3/s；10台水(shuǐ)泵，單台設計規模3.5m3/s。考慮到上海降雨(yǔ)中雨(yǔ)較多(duō)，一年僅2~3次大(dà)暴雨(yǔ)乃至特大(dà)暴雨(yǔ)，故單台水(shuǐ)泵設計規模不宜過大(dà)，以免發生頻(pín)繁啓停的(de)現象，因此水(shuǐ)泵布置形式選擇10台水(shuǐ)泵，單台間距約3.7m。 

 

 

5. 結論和(hé)建議(yì) 

 

通(tōng)過對(duì)民星南(nán)雨(yǔ)水(shuǐ)泵站的(de)水(shuǐ)泵選型的(de)設計實踐，筆者認爲，今後在類似工程設計中有如下(xià)幾個(gè)方面值得(de)研究分(fēn)析和(hé)借鑒。 

 

（1）水(shuǐ)泵設備的(de)成熟可(kě)靠性及對(duì)工程特點的(de)适應性是泵站設計中需要進行重點分(fēn)析和(hé)研究的(de)關鍵因素。

 

（2）抽芯式混流泵對(duì)于占地條件緊張、泵房(fáng)深度大(dà)、水(shuǐ)位及揚程變幅大(dà)和(hé)泵站安全運行要求高(gāo)的(de)大(dà)型城(chéng)市排水(shuǐ)泵站是一種較爲适用(yòng)的(de)泵型。
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