规划设计南宁市南湖综合治理淤泥水泵接力输送工程设计刘春燕（广西水利电力勘测设计研究院，广西南宁530023）介绍了采用8级泵站单管水泵接力输送对南湖淤泥实施清淤治理工程的主要设计参数、管道设计、管材和水泵选型、管路连接方式及运行中应注意的问题。

　　淤泥；水泵接力输送；设计每台泵的H~Q工况均在单级渣浆泵性能范围内。但因各泵之间磨蚀情况不同，有可能出现每台泵的H~Q特性曲线不同而引起给料池浆体溢出情况要建多个给料池在正常运转条件下。每台泵的吸入扬程都接近大气压。排出扬程约等于单级扬程；在泵启动和突然停止时易产生水锤要建设多个泵站各泵站的电源供给和控制装置安装及维护费用大。但可以采用低压管道。成本较低。并可采用离心式密封刘春燕（1971―）女，广西南宁人，广西水利电力勘测设计研究院工程师，主要从事水电站水力机械设计工作。

　　南湖位于南宁市东部，南端自津头和广西医科大学起至北端琅东附近，全长3.8km，湖宽250~380m，湖面面积1.076km2；整个湖由风景桥和南湖大桥分隔为上、中、下3部分，湖水可由东侧闸门排入竹排冲。因多年的雨水和生活污水注入，水生物的分解和沉淀，湖水变得混浊并发出恶臭，严重影响周边居民的生活质量和南湖公园乃至整个南宁市的环填有必要对南湖实施清淤治理，把总量为原状土843万m3的淤泥排至远离市区的淤泥场。

　　清淤施工的主要工艺流程为：隔水围堰湖水抽排湖内总接力池湖区泵站管道接力输送湖外泵站管道接力输送旧乌石淤泥场。

　　1主要设计参数1.1设计流量南湖的总清淤量为84.3万m3左右，天然淤泥湿土密度不大于1390kg/m3清淤浆体按淤泥与水的体积比为1：3考虑浆体的体积浓度：Cv= 25，浆体比重：< 5，浆体重量浓度Cw<32，淤泥中值粒径较小，属高浓度低磨蚀渣浆施工总工期为150天。通过优化施工组织设计，延长清淤浆体实际输送时间，降低输送流量，减少水力损失，从而达到在满足总施工工期要求的情况下节约电能降低施工运行成本现按清淤浆体输送时间为120天考虑，取水泵平均有效运行时间20h/d则要求水泵设计输送流量不小于0. 39m3/s1.2浆体管路特性曲线形状判断根据以上数据计算出：浆体的体积浓度：Cv= 25，临界沉降流速：Vl=1.34m/s根据浆体管路特性判断条件：浆体流速超过临界沉降流速的1.3倍时，浆体管路特性曲线与清水管路特性曲线一致。据推算，施工方案采用的1根螺旋焊缝钢管（Y400X 4）浆体流速为3.23m/s超过临界沉降流速，且大于1.3Vl，可以判定浆体管路特性曲线与清水曲线一致。

　　1.3离心式渣浆泵性能换算在相同流量和转速下，泵送浆体扬程和泵送清水扬程的比值Hr按不同的公式分别计算得出：Hr=0.985，Hr=0.915，按浆体密度推算得Hr=0.911，综合考虑取Hr=0.915.典型渣浆泵运行范围内，一般情况下，在相同流量和转速下，泵送浆体效率和泵送清水效率的比值即效率比Er与扬程比Hr相近，ErHr=0. 2水泵接力输送於泥管道设计2.1离心式渣浆泵的布置方式选择采用离心式渣浆泵实现浆体远距离输送主要有3种布置方式，一是中间有给料池的渣浆泵接力；二是直接在管线上接力的渣浆泵；三是离心式渣浆泵串联布置。3种布置方式的比较见表1表1不同方案的泵站布置方式及要求方案1中间有给方案2直接在管方案3：离心式料池的渣浆泵接力线上接力的渣浆泵渣浆泵串联布置多台泵布置在一个泵站内。设备安装、维修、操作管理方便。随着高压离心式渣浆泵许用压力的提高。这种布置方式越来越被广泛采用要求的管路设计压力较高需使用更高压力等级的管材。势必增加投资离心式渣浆泵的布置方式选择必须与工程实际相适应，结合施工单位的现有设备和施工准备、管线水力损失分布、管路许用压力、水泵吸出高度、泵体耐压水平等几方面综合分析，终选择直接在管线上接力的渣浆泵方案。

　　2.2管材选择目前标准压力钢管通常工作压力可达2MPa以上；球墨铸铁外壳离心式渣浆泵许用压力为2.1MPa高密度聚乙烯塑料管标称工作压力有0. 1.6MPa等6个等级。但随压力等级的提高，其壁厚不断增加，造价不断提高。大口径、O.MPa压力等级的聚乙烯塑料管（PE管）钢管两者均能满足使用要求，PE管具有耐磨蚀、耐冲击、流阻小、寿命长、重量轻、施工方便的特点；在同一公称直径下，钢管则具有通断面积较大，可焊接加工性能优良，价格便宜得多的优点，因此本工程终选择使用钢管。

　　2.水泵选型水泵扬程分析。按照优化后的施工组织设计方案，上湖浆体渣浆泵接力输送时，用8台离心式渣浆泵，单级泵平均扬程为36.7m；中湖浆体接力输送用7台单级泵平均扬程为36.7m；下湖浆体接力输送用6台单级泵平均扬程为36.9m.设计选用单级泵扬程为37m.泵型选择。本工程浆体虽属高浓度低磨蚀渣浆，考虑水泵运行的可靠性，采用能应用于高浓度强磨蚀渣浆的AH型泵。

　　性能参数选择。根据水力计算结果，本工程各泵站单级泵所需设计流量和设计扬程为：390L/s 37m根据流量与扬程初选12/10ST―AH型水泵，该型泵清水性能曲线（即“沃曼渣浆泵清水性能曲线”），其大转速为800rpm，一般选择转速应为大转速的3/4左右，本工程根据扬程及流量需要，选择标准转速为675rpm，该转速下的渣浆泵Q曲线对应高效率点流量为418对于高浓度低磨蚀渣浆，其设计流量应选择在高效率点流量的40 ~100范围内，本工程设计流量390！7s符合此规定。

　　水泵电机配置。计算出泵送浆体轴功率为212. 1kW、配套电机功率考虑富裕系数1. 1应不小于233kW施工时实际使用的渣浆泵配套电机功率是245kWL水泵汽蚀运行要求。根据“沃曼渣浆泵清水性能曲线”，渣浆泵必须汽蚀裕量不小于6m，经计算，给料池（湖区泵站集浆池）低液面高度不得低于水泵安装中心线高程1m才能保证渣浆泵无汽蚀运行，以免水泵产生振动、噪音，甚至导致扬程、流量、效率急剧下降现象发生。

　　为了运行方便，启动时不用抽真空及安装局部阻力损失很大的底阀，水泵安装中心线高程应低于给料池渣浆泵启动液位0.5m以下，为浆体进料方便，进水口宜设置在给料池底部。

　　给料池设置要求。进水池（即给料池）有效容积按不小于5min的工作流量估算约需120m3，另外为防止浆液溢出污染周边环境，应设置溢流口及导流设施2.水锤分析比较常见而又危险的水锤现象是水泵机组突然停机所产生的水锤现象。如果管路中装有逆止阀，还可能造成水管爆烈的严重事故。为减少管路水力损失，防止巨大水锤产生，在长管路中取消逆止阀是必要的。水泵突然停机后所引起的暂态反常运转过程可以分3个阶段，分别为正转正流（即水泵工况）、正转倒流（即制动工况）、反转倒流（即水轮机工况）按输送上湖浆体长管路计算，1W10ST―AH型离心式渣浆泵额定扬程为37m，额定流量Q=0.39m3/s时，效率为79.5，额定转速n 8型电机（N=250kW〖，n=730r/min）电机转动惯量15.5kgm2，计算得出水泵大升压波7H正，水泵大反转速度为123ne，压力钢管大降压波为6.7H正，基本满足泵站设计规范要求。考虑到部分管段可能出现负压及管路排气需要，在水平管路的每一高点设置DN50P2―10型双口排气阀，该阀能快速排除管内气体，当管路内出现负压时将气体快速吸入管路内以避免管路由于真空而破坏。

　　管路大使用压力出现在湖外接力4站渣浆泵出口，考虑大升压波7，其大水头为56.9m，管路及附件承压能力按>0.6MPa设计。

　　2.管路连接方式及耐压试验要求管路连接方式。本工程采用螺旋焊缝钢管，钢管与水泵进、出口的连接宜采用具有伸缩、避震功能、价格低廉的胶管连接（连接胶管长度应不少于1m）管道耐压试验。管路管道敷设完毕，必须进行严密性耐压试验，预埋管道试验在浇筑混凝土之前完成。整个系统应通过试验合格后才能投产。试验应按有关要求在整个管道系统或部分管道系统上做，试验压力应不低于0. 9MPa管道系统充水后应保持水压30min.如果发现有漏水现象或其它的缺陷，承包人应进行修补或更换，并重新进行严密性耐压试验，直至合格为止。

　　2.设备运行注意事项水泵启动时应由首级至末级逐级启动，水泵关闭时由末级至首级逐级关闭。

　　水泵启动时各级接力泵出口阀门应处于1/4开度状态，待水泵逐级启动后再逐级开至全开，各泵站禁止闭阀时运行。

　　水泵关闭时由末级至首级逐级关闭，并逐渐减少各级泵站阀门开度，以降低流量，减少水锤压力及水泵反转转速，保护水泵。水泵全部关闭后再缓慢完全关闭水泵出口阀门。

　　与排气阀配套使用的闸阀为常开阀门，更换、检修排气阀时关闭。

　　管路分段阀为常开，只有管路检修时关闭，平时禁止闭阀运行。

　　3结语南湖综合治理清淤工程的施工已经完成，根据工程的实施情况，总结出以下几点体会：在旧乌石淤泥场的拦泥坝施工没有完成并通过验收的情况下，盲目让淤泥输送管路工程施工单位进场开始清淤，结果刚刚抽排了一段时间，因拦泥坝出现问题，不得不暂时停止淤泥输送；施工期间，一遇暴雨湖内的洪水水位上升，输送只好停止，待雨停后又重新抽水，周而复始，整个实际施工工期比设计施工工期超出两倍以上，造成了比较大的浪费。这提醒我们，一定要注重施工组织，一切应按科学的程序进行工程施工。

　　按照优化后的施工组织设计方案，上湖浆体渣浆泵接力输送时，用8台离心式渣浆泵，单级泵（下转第75页）根据门槽施工涨模比较严重且不均匀的情况，闸门钢滑块高度由设计值88mm切削至80mm，同时局部垫高顶止水，满足了安装要求。

　　2001年汛期运行后，闸门启闭经过门楣位置时速度减缓伴随轻微振动现象。经检查发现顶止水严重变形，其中顶止水底部上翘至85mm左右，上部内陷至65mm左右，且局部弯曲磨损不平。工程参加各方对此现象进行了现场研究，认为原因是初次安装时顶止水垫高量过大，同时顶止水压板不连续，螺栓安装压紧力不均匀，致使闸门启闭时顶止水接触门楣后局部受力引起顶止水装置变形。笔者提出了处理意见：更换水封前，仔细检查门槽尺寸，根据实测尺寸确定水封高度。

　　根据门槽现状更换水封，更换时，要保证水封表面平整度并安装牢靠。

　　顶水封压板由一字型改为双翘头型式，以防止水封翻卷变形。

　　每根拉杆与吊耳的连接轴两边加设限位套筒，以保证吊耳两边受力均等。

　　经过处理后，闸门至今运行良好。

　　5结语随着城市防洪和沿海开发得到重视和加强，双向挡水闸门必将越来越广泛地应用。总结双向挡水闸门的技术特点是一件很有意义的事情，通过下小河防洪闸的设计、制造、安装和试运行全过程实践，笔者得出几点粗浅认识：应在水工布置过程中充分论证设置双向挡水闸门的可行性，明确闸门的检修条件和操作条件，确保闸门安全运行。

　　双向挡水闸门对门叶及门槽制作安装精度要求较高，因此，在闸门结构设计时，应尽量选择结构简单、便于制作安装的型式，保证门叶具有足够大的刚度。

　　由于双向挡水闸门水压方向变换过程中必然存在闸门前后水位差很小的特殊时段，为了保证这一特殊时段闸门不漏水，止水橡皮必须始终保持一定的预压缩量。

　　严格控制门叶及门槽各部位构件的安装尺寸及度，并做好全过程数据记录，为后续工作提供依据。

　　运行管理人员应熟悉闸门的操作条件，平时应加强观测，注意支承行走结构和水封结构的工作状况，不满足使用要求的应及时维修或更换。

　　（责任编辑：刘征湛）（上接第72页）平均扬程为36.7m，实际只用6级泵站。分析原因有两个：一个是设计计算时，输送浆体按淤泥与水的体积比为1：3考虑，但施工过程采用高压水流冲挖淤泥，根本无法有效控制水浆比，淤泥与水的实际体积比随意性很大，泥浆比重大大减小，造成水泵扬程富余；另一个原因是设计计算时，我们根据施工中标单位的施工准备情况及其要求，按Y400X 20.6高密度聚乙烯塑料管进行计算，实际施工使用Y600螺旋焊缝钢管，通流面积加大，扬程要求随之降低，而泵站设置没有作相应调整，如果及时调整，应可以进一步降低费用。

　　施工时，整个淤泥输送管路沿南湖边明敷，横穿市内两条主干道和快速环道，试运行时在下湖泵站及长湖路南宁市公务员小区大门出现射浆，分析原因是管路连接法兰密封有问题。射浆造成将下湖边上的老年人活动中心外墙及花圃和公务员小区大门污染，幸好没有污染沿街铺面，只做些清洁工作即可补救，没有造成大的经济损失。更换密封后，施工单位对布置在人员比较密集的市区内的管路每个法兰连接处都用尼龙布包裹，防止可能再次出现射浆时造成大的污染。实践表明，该措施有效且费用低，今后类似的市政工程施工时可以事先采取这种预防措施。

　　（责任编辑：刘征湛）