水利泵站设计及其安全运行探析

水利泵站设计及其安全运行探析

张金平杨娟

楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司

摘要：泵站是水利工程建设中的重要组成部分，其安全、可靠、稳定的运行关系到水利工程功能的正常发挥。因此，在水利泵站建设中，必须严格的按照设计及施工标准，采用科学的施工方法，并通过有效的措施对泵站的安全运行进行管理和监督。基于此，本文对水利泵站的设计进行分析，以便确保水利泵站的安全运行。

关键词：水利泵站；设计；安全运行；探析

泵站是水利工程建设的关键部分，担任防洪、灌溉、泄洪、调水、供水等重任。但我国目前的水利泵站建设大多存在效率低下、耗能高、安全性差等问题，追其主要原因是在规划设计中存在诸多不足，从而导致施工建设、安装检修、后期维护等环节都无法弥补。因此，急需对水利泵站的设计以及如何保障水泵站的安全运行进行深入的分析和探究。

一、水利泵站设计分析

（一）水利泵站设计

首先是泵站选址布置上，在明确泵站建设任务和主要功能后，确定泵站的建设位置，要对泵站的建设现场进行布置，如果采取直接从水库中取水的方式，那么要对管道进行加压从而保证水能够被送入高位水池中，在通过隧洞或输水管将水输送到指定地点。此时的流水量可设计为0.6m3/s，净扬程可设计为55.80m。其次是对工程现场的布置（如图1所示），确定好泵站建筑物的位置，然后对施工现场进行布置。当采取纵轴线方向布设建筑物时，厂房建设最好在距离大坝轴线的35m处左右。电站设置在泵站的左侧，变电站要与厂房相连接。进水管的水压由电站提供，在将其向引水管引入，通过引水管与水泵进行连接，水流流经压力钢管可以直接汇总到水总管，如果钢管要经过河流的话，管道出口的设置要与出水池进行连接[1]。出水池可以设置的河岸的上坡位置上，距地面3.5m左右，以保证出水池的水能直接的流入隧洞中。

图1

（二）泵站建筑物设计

在建设泵站的主厂房时，可以参考一下尺寸进行：长25m、宽10m、高16.3m，厂房内布设3台离心泵，均为卧式单级双吸式，机组中心间隔5m，配套三台同步电机，单台电机操作功率为P=315kW。厂房的墙体厚度大约为0.65m，在厂房内部留取设备检测和检修的场地，同时根据电机的起吊需求选择相应的起重设备，通过性价比的对比，选择电动型单梁的LD桥式起重机较为合适。

在建设泵站的副厂房时，其位置最好设置在泵站的电站左侧，这样副厂房和主厂房之间可以进行连通布置，副厂房可以按照以下尺寸进行设计：长30m、宽11.6m、高4.6m，副厂房内包括泵站的高、低压配电室、中心控制室、休息室。

在建设泵站的进水管道时，由于泵站直接在水库进行取水，所以引水管要使用压力钢管，可以使用直径0.8m，长度为85m的压力钢管两根最终汇于一根12.5m的总管上，从总管上下分支管于水泵连接[2]。

在建设泵站的压力钢管时，其长度根据泵房位置来确定，在泵站的正常运行中保持水龙头设定值在78mm左右。在整根压力钢管上，转角根据实际地形设定，越少越好。另外，在北方地区为了更好的提高管道的抗冻性，宜将管道埋深在2m以下的土层内。由于受到河水的冲刷，管道必须要保证能顺利的经过河道，所以最好将河道下部的管道埋深增加3m—4m，在地势较为平坦的部分，要增加管道底部垫土层的厚度，大概0.3m左右，如果是处在爬坡阶段部分，那么要增加管道底部素混凝土底座厚度，大概0.3m左右。

在建设泵站的出水池上，出水池应设在压力钢管的末尾端，发挥消耗能量、平顺水流的作用。出水池的建设可以参考以下尺寸：长6m、宽2m、深1m，出水口的水位可以保持在360mm左右，水池要有一个预制盖板和进人孔，方便对水池的检修。在寒冷地区，为了避免冬季水池内结冰，水池的预制盖板上可以回填1.5m厚度的碎石土进行覆盖。

二、水利泵站安全运行分析

（一）泵站稳定性分析

一方面在泵站的基础地面进行设计时，应着重分析地基承载力好基础地面的应力数据，由于大多水泵站都设置在大坝的坝脚，所以减少了水平向的压力承载。所以对基础底面的最大应力进行计算时，应先确定好以下数据值：泵房基底以上的全部竖向承载值（单位：kN）、泵房基底以上全部水和纵向承载力对基底垂直方向水流运行中心力矩值（单位kN/m）、泵房的基底面积（单位：m3）、泵房基底对水流垂直方向运行中心内的截面距离（单位：m3）[3]。将对应值进行做比相加后，可以得出泵站的基底应力值，并参照工程建设要求，看其地基承载力是否在合理的范围内。通过计算对泵站地区地质层相对薄弱的地方进行检测，建设人员可以采取有效的措施对其进行处理，从而解决泵站建设地区地质不平衡导致的厂房下沉问题。

根据泵站建设的具体位置，要对泵房的稳定性进行计算，其计算根据洪水时期抗浮能力、稳定能力进行计算。在进行抗浮稳定能力的安全系数计算前应掌握一下数据：泵房基底的全部重力（单位：kN）、泵房基底上的扬压力（单位：kN），泵房基底的全部重力∕泵房基底上的扬压力即可得出泵站厂房的抗浮稳定安全系数，保证安全系数大于要求规范，才能满足设计要求。

（二）压力管道稳定性分析

压力管道的建设需要通过镇墩进行固定，对于其抗滑性和基底应力的计算应掌握以下数据：镇墩地面和地基之间的摩擦值、镇墩的自重、承载重力在坐标轴上投影的数据之和，通过比值计算可以得出镇墩的抗滑稳定系数。镇墩基底应力计算前应掌握以下数据：从管轴线方向测量的镇墩基底面宽度（单位：m）、管轴线垂直方向镇墩的地面长度（单位：m）、水平面上合作力作用点在镇墩地面中心的偏心距（单位：m），通过公式计算出镇墩基底最大或最小应力，再与规范要求范围值进行对比，从而保证泵站的安全稳定运行。

三、水利泵站安全稳定运行的措施分析

在保证水利泵站设计的合理性时，也要保证水利泵站在投入使用时的安全和稳定。建议采取以下措施：首先，利用软件模拟计算，完成水泵水力过度过程计算，最大消除水锤对泵站的危害。其次在泵站正式投入使用前，要进行试运行，通过调试使泵站在最合理、最安全的运行范围中；检测泵站机组运行的稳定性，发现问题要及时处理，如果一个问题反复出现，要对可行措施和故障可能性进行深入分析[4]。要加强对水利泵站的枢纽进行管理，如进水管道、储水池等，防止水泵站的配套设施出问题影响水泵的正常运行。最后，在正式投入使用后，要加强对水泵站的监督和检测，加大对涵闸的排查力度，尽最大程度排除影响泵站正常运行的安全隐患。

结束语

综上所述，通过对泵站的设计分析和安全运行分析可以看出，泵站建设是一项较为系统复杂的工程，所以这就要保证工程的每一个细节都要按照严格的标准进行，强化工作人员的专业技能水平，保障水利泵站建设和运行的合理性。

参考文献：

[1]陆惠军.浅谈电力工程管理模式的创新与实践应用[J].化工管理，2016，17（32）：179.

[2]杜晓炜.试论电力工程管理模式的创新与应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015，24（21）：374-374.

[3]耿风慧，孙洪波.对电力工程管理模式创新模式的研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015，30（30）：2037-2037.

[4]李果.电力工程管理模式的创新与应用探讨[J].大科技，2015，18（16）：41-42.