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一体化预制泵站的自清洁

一、前言

低碳城市与区域发展科技论坛中“海绵城市”的概念被首次提出,随后国务院办公厅出台《关于推进海绵城市建设的指导意见》指出,采用渗、滞、蓄、净、用、排等措施,其中泵站的应用是必不可少的,而预制泵站的优势将会成为市政排水的系统首选。

作为中小型混凝土泵站的替代品,泵站内部的沉积是一个重要的问题。传统泵站经常存在的问题是坑内杂物堆积和坑底淤积需要定期处理,长期淤积的垃圾发酵发臭,引起周围环境的恶化,甚至产生有毒易燃易爆气体,危害周边环境。

一体化预制泵站在优化容积的同时,提出自泵站的自清洁方案,解决一体化预制泵站内部杂物残留以及井筒淤积问题。针对上述问题,以杂物处理以及清理淤积两个方面作为突破点,根据一体化预制泵站的工作原理,结合笔者相关一体化预制泵站的设计工作经验,从其结构、配置等方面简单介绍一体化预制泵站的自清洁功能。

一体化预制泵站的简单模型及结构分别如图1、图2所示。

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1  一体化预制泵站的简单模型

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2  一体化预制泵站结构

1—水泵及耦合  2—液位计  3—进口管 4—格栅装置  5—阀门 6—出口管

二、杂物处理

1.格栅装置

在一体化预制泵站的进口法兰稍后,设置第一道拦截措施,即格栅装置。作为一个高度集成、自动化的产品,目前工程中经常使用粉碎性格栅,粉碎型格栅具有占地小和使用方便等功能,能够使进入泵站内的杂质第一时间被切割粉碎。粉碎格栅能够把污水中的悬浮物和漂浮垃圾粉碎成6~10mm的细小颗粒,粉碎后的小颗粒杂质无需打捞,可以通过潜污泵直接排出。

从经济角度出发,可以选择提篮式格栅,特点是需要定期将格栅从泵站内提出,清理格栅内拦截下的杂物,结构简单,成本低。相较于粉碎格栅,提篮格栅的栅格较大,拦截杂质的效果不是太好。

格栅装置在泵站入口第一时间拦截、处理较大或者带状杂质,避免较大杂物进入泵站内部从而产生杂物堆积,为一体化预制泵站的预防沉积把好第一关。

2.水泵配置

给一体化预制泵站配置切割型潜水排污泵,可轻松粉碎污水中夹带的纤维体。经过格栅的过滤,较大的杂物被处理,进入泵站内部的介质可能还带有部分杂物残留(比如带状纤维体、塑料等),切割型潜水排污泵在叶轮进口处设置有旋转的刀头(见图3)和静止的刀盘结构(见图4),在刀头的高速旋转下,污水中的长纤维通过刀盘后背刀头切割粉碎,粉碎后的残渣被叶轮吸入,通过水泵出口排除泵站。

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3  刀头

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4  刀盘

三、清理淤积

1.井筒自清洁结构

一体化预制泵站的筒体底部是经过CFD特殊设计(见图5)的智能化下凹式结构,这种独特的水力设计结构可以保证井筒能抵抗地下水的压力而不变形,当水泵起动时,泵坑的坡面结构使泵坑内介质达到很高的流速,进而产生强烈的涡流,一方面将底部水流向水泵进口集中,方便使粉碎的杂物更好地被水泵输送出去,另一方面带动一体化预制泵站底部沉淀的杂质运动,避免淤积使沉淀的固体再次悬浮并进入水泵入口,可以达到自清洁的效果。

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5  筒体底部CFD速度矢量图

2.反冲洗装置

保持一体化预制泵站外部结构不变,针对一体化预制泵站使用过程中出现的淤积问题,对一体化预制泵站的管路结构进行优化设计,如图6所示。在一体化预制泵站内部的水泵出口的主管路上加设一道旁支管路结构,加设的旁支管路是一个或者多个较小口径的管路,小口径管路的出口对准一体化预制泵站井筒的内部容易产生淤积的位置。旁支管路和主管路之间设有电动阀门,阀门的电气控制接入一体化预制泵站的控制柜系统,和水泵控制相关联。

当一体化预制泵站中的水泵运行起动时,通过设定的控制程序打开旁支管路上的电动阀门,出水主管路内的部分压力水从旁支管路流过,由于旁支管路管径较小,使得流出的压力水成为高速水流,高速水流对准一体化预制泵站井筒内部容易淤积的地方进行冲刷,使一体化预制泵站内沉积的杂质在水流重新冲击下随着水泵的运行而被输送至一体化预制泵站外排出。根据一体化预制泵站具体运行工况,可以在控制系统中智能地调节电动阀门的启闭以及开启间隔。

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  6  管路结构优化设计

3.液位控制

当泵站处于枯水期时,液面降低至最低至设置的最低水位后,因为枯水期没有液流进入泵站,导致液位不会上升到常规起泵位置,长时间的停泵期会导致一体化预制泵站井筒内污水中杂质逐渐沉淀、吸附,甚至水汽蒸发后沉积物结块。这样会导致泵站再次启动后,沉积物根本无法排出泵站。

针对这一问题,对一体化预制泵站控制系统做出设定,系统判定水泵长时间停机状态时,起动枯水期模式:控制系统关闭泵站出口总阀,打开反冲洗装置中的电动阀门,控制水泵间隔一段时间后短时间运行(例如每间隔6h,水泵起泵运行2min),保证泵站内部污水不沉积,直至泵站下一次完全起动。

四、结语

对于一体化预制泵站中常见的固体杂质及其淤积问题的处理,上述方法已经在实际生产中证明了其有效性,得到了用户的认可。但是对于一体化预制泵站内部的另一种污染:油污及漂浮垃圾,根据用户反馈,上述措施还不能有效解决。对于国内的一体化预制泵站的优化,还需要坚持不懈的努力。


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