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如何应对大型市政排水泵站集水池的不利水力现象

来源:给水排水  作者:张鸿斌 杨丽丽

 市政排水泵站是城市排水系统的重要组成部分,一般设于排水系统的终端或枢纽位置,担负着提升区域或系统内雨季降水和生产生活污水的任务,保证系统内雨污水的及时排出。集水池的合理布置则是保证市政排水泵站安全、高效运行的重要环节。

 1.集水池常见的不利水力现象

 1.1 进水流道预旋过多

 水流通过进水流道进入泵站集水池时存在轴向分速度和切向分速度,因轴向分速度和切向分速度的不对称分布从而产生预旋。进水流道内预旋会改变叶轮转速,导致水泵轴承磨损和电机过载;改变水泵入口的水流状态,产生气蚀现象,从而导致水泵性能下降。一般认为预旋角度超过50对水泵运行较大,是泵站设计及运行不可接受的。

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 1.2 水泵吸入口流速不均匀

 水经水泵提升时水泵吸入口的流速存在不均匀现象,这种不均匀是由不同的影响因素相互干扰造成的。较大幅度的流速变化会导致叶轮和轴承的负载不均匀,导致产生噪音、震动和轴承负载。流速分布不均在实际工程中是不可避免的,一般控制水泵吸入口轴向速度分量平均值的偏差不应该超过10%。

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 1.3 集水池水体漩涡的产生

 在水流自进水口流向水泵进口过程中,受到水泵数量、集水池几何形状、布置形式等多种因素影响,集水池内流速不均匀,导致空气卷入水体,从而在泵站池壁、水体表面上下及水泵吸入口等处产生漩涡。漩涡可导致产生气蚀现象、机组振动和噪音、水泵效率降低等现象。

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 2.集水池不利水力现象的对策

 2.1 排水系统布置方面

 (1) 市政排水泵站受排水系统布置、泵站场地等原因影响,为保证流入泵站集水池内水流均匀、平稳,应从排水系统规划阶段入手,尽量保证泵站正向进水且对称式布置。在保证泵站正向进水时,泵站出水可采用侧向出水方式;亦可采用水泵反装,压力出水池利用集水池上部空间的方式确保正向进水,泵站出水采用侧向出水或与向泵站进水管道方向出水。

 (2) 当进水来自不同方向时,应在站前交汇,再进入集水池,直线段的长度应尽量放长,不宜小于5~10倍进水管直径,且泵站进水管流速宜取0.8m/s~1.0m/s,以保证流入泵站集水池内水流均匀、平稳。

 (3) 在泵站占地及布置受限制,泵站需侧向进水时,宜在泵站集水池前设置溢流堰或导流墙,集水池与溢流堰或导流墙距离需加长至少3倍水泵井筒直径,以便水流到达水泵的吸入口前消除涡流和释放掺气。

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 2.2 集水池布置方面

 (1) 集水池主要是目的是调整水流流态,为水泵机组提供稳定运行条件,其容积与进水管的设计流量、水泵台数、运行模式等因素有关。污水泵站集水池有效容积不应小于最大一台水泵5分钟的出水量;雨水泵站及合流泵站集水池有效容积不应小于最大一台水泵30秒的出水量。集水池的最低水位应满足水泵吸水喇叭口的安装条件及叶轮的淹没深度。

 (2) 集水池的水流要平稳流向各台水泵,泵站井筒为封闭式或肘型式时进水扩散角不宜大于400,各台水泵之间应设置导流墙,导流墙长度不宜小于5倍水泵井筒直径,导流墙至扩散角的距离不宜小于1倍水泵井筒直径;泵站井筒为开放式时进水扩散角不宜大于200,扩散角角度应在100~200,且侧向进水不能采用开放式井筒。

 (3) 集水池池底布置:集水池进水管道管底与格栅底边的高差不应小于0.5m,以防止淤积的杂物影响过水断面;格栅底边与集水池池底的坡度宜控制在60~100,以防止集水池水体漩涡的产生。

 2.3 泵站流道布置

 单台水泵流道宽度W一般为水泵井筒直径的2.0~2.5倍。

  流道长度不应小于水泵井筒直径的5.0倍。

 水泵淹没水深N宜为水泵井筒直径的1.5~2.0倍。

 井筒悬空高度M宜为水泵井筒直径的0.5~0.7倍。

 井筒后壁距T宜为水泵井筒直径的0.50~0.75倍。

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