时间：2013-11-29 分类：水力
摘要：在南水北调中线工程大型建筑物工程管理设计中，检修排水系统采用机电一体式潜水泵技术;钢闸门防冰冻系统采用压力水射流法新技术;生活设施系统采用了原水净化设备、恒压变量节能供水装置及机器人全自动燃油锅炉等设备。这些新技术、新设备的应用，提高了工程自动化管理水平，可确保南水北调中线工程大型建筑物的正常运用。
关键词：南水北调中线工程;大型建筑物;潜水泵;压力水射流法;变频调速供水装置;液位变送器
1 引言
南水北调中线工程总干渠河北段起于漳河北，止于北拒马河中支南，全长461余km。总干渠沿线共设置大型河渠交叉建筑物52座，独立节制闸1座，渠渠交叉建筑物61座，左岸排水建筑物184座，隧洞7座，分水口门37座，铁路交叉建筑物11座，公路桥梁255座，管理机构85个。
南水北调中线工程总干渠河北段担负着给北京市、天津市和河北省大中城市供水及沿线农田灌溉的重大任务，属特大型长距离调水工程。参照《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》及1994年1月水利部《南水北调中线工程可行性研究报告审查意见》，确定南水北调中线工程为一等工程，总干渠上的主要建筑物为Ⅰ级建筑物，次要建筑物一般按Ⅲ级建筑物设计。作为工程整体设计的重要组成部分，这些建筑物的工程管理设计必须结合工程特点，进行深入的调查研究和分析论证，积极采用新技术、新设备，提高工程管理水平，更好地发挥工程的整体效益。
2 检修排水系统
大型建筑物应用过程中，一定时期内需要排空建筑物内的积水进行检修，因此，应设置检修排水系统。众所周知，排水系统设计的关键在于排水泵型式的选择。下面以磁河渠道倒虹吸工程检修排水系统为例，就潜水泵、离心泵方案进行论证。
2.1 潜水泵方案
该工程共设置4孔涵洞，单孔最大检修排水量1.6万m3。根据工程检修要求，选用8台型号为100QW50-22-7.5的可移动式潜水泵。性能参数为：设计流量50m3/h，设计扬程22m，电机功率7.5kW。
2.2 离心泵方案
同样，选用4台型号为IS150-125-250的离心水泵。性能参数为：设计流量120m3/h，设计扬程22.5m，电机功率18.5kW。
2.3 两方案的技术经济比较
潜水泵和离心水泵相比较，有如下优点：
(1)潜水泵适应性强
该潜水泵具有防缠绕，无堵塞的特点，在排除固体颗粒和长纤维杂物方面，更具有独特的功效。因此，潜水泵更适合于排除本工程中含有杂物的积水。而离心水泵则不能。
(2)潜水泵安全可靠性高
潜水泵起动前无需充水，而离心水泵有时需要设置笨重复杂的底阀。尤其是底阀长期淹没于水中，检修困难，并容易被杂物卡住或密封失效而失去作用，使水泵不能运转。
对于IS型卧式离心泵，由于水泵安装位置很低，电机存在着潮湿和被水淹没的隐患，直接影响电机绝缘，并可形成事故。而潜水泵仅在工程检修时运行，运用的时间很短。因此，离心水泵运行的可靠性和安全性较潜水泵低。
(3)潜水泵安装、检修方便
检修排水时，只需将潜水泵潜入井底，其出口与胶管的一端用铁丝或卡子固定好，胶管的另一端跨过检修井口即可工作。潜水泵为机电一体式的排污泵，体积小(φ400mm×880mm)、重量轻，安装、检修十分方便。检修排水完毕后，即可将潜水泵从检修井中取出整理好，放入工具间或仓库内保存备用。而离心水泵结构复杂，安装精度高，因而安装、检修也就不便。
(4)潜水泵土建费用少
潜水泵不需建造泵房，而离心泵需要的泵房土建面积约50m2，加之泵房开挖深度一般在10～20m以上，土建工程量很大。因此，潜水泵方案可节省大量的土建费用。
(5)潜水泵成套价格低
由于离心水泵配套设备及管路较多，潜水泵方案成套设备价格较离心水泵方案便宜20%～30%。
(6)潜水泵运行环境好
离心水泵泵房为地下式，通风、采光的条件很差，机电设备维修、维护的工作量大，而潜水泵不存在以上问题。因此，潜水泵运行环境要比离心泵好得多。
综上所述，潜水泵方案具有明显的技术经济优越性。因此，南水北调中线工程大型建筑物检修排水系统均采用移动式潜水泵。
3 钢闸门防冰冻系统
根据钢闸门设计规范要求，钢闸门在寒冷季节运用时应采取防冰冻措施。下面就压力水射流法、压缩空气法防冰冻进行论证。
3.1 压力水射流法防冰冻系统
3.1.1 原理
该方法利用潜水泵取底层温水扬至表层进行热交换，形成一股强烈上升的温水流，并使水面在一定范围内产生扰动，从而防止水面结冰。
3.1.2 系统组成
仍以磁河渠道倒虹吸工程为例，该工程出口共设置4孔工作钢闸门，钢闸门防冰冻总长度为31.2m。
钢闸门防冰冻系统主要由潜水泵、铠装胶管、射流管等组成。在闸门上游人行桥栏杆处，把潜水泵潜入水中，将铠装胶管的一端和潜水泵出口连接，另一端与射流管连接，组成防冰冻系统。每2孔闸门为1个控制单元，配备1台潜水泵。该系统共设置2个控制单元，配有3台潜水泵，其中1台备用。
潜水泵性能参数如下：型号50QW25-10-1.5，设计流量25m3/h，设计扬程10m，电机功率1.5kW。#p#分页标题#e#
3.2 压缩空气防冰冻系统
3.2.1 系统组成
该系统单独设置，由1台空压机、1个高压贮气罐及1个工作压力贮气罐、管网及喷嘴、控制元件等组成。空压机排出之压缩空气经油水分离器、止回阀后进入高压贮气罐，并经减压后进入工作压力贮气罐，然后经控制元件进入供气干管及支管中，再经设于水中的喷嘴喷出，达到防止结冰的目的。
3.2.2 设备选择
经计算，选用1台W-2/7型空压机，配套2个1.0m3贮气罐及1套自动控制元件。
3.3 两方案技术经济比较
3.3.1 从系统组成看
压缩空气防冰冻系统较压力水射流法防冰冻系统组成复杂，因此，前者运行、维护工作量大。
3.3.2 从设备耗电量看
压力水射流法防冰冻系统电机总功率为3.0kW，而压缩空气防冰冻系统电机总功率为15.0kW。前者仅为后者电机总功率的20%，因此，压力水射流法防冰冻系统节能效果显著。
3.3.3 从土建费用看
潜水泵防冰冻系统无需设置房间，而压缩空气防冰冻系统则需要房间面积约20m2。因此，压缩空气防冰冻系统土建费用大。
3.3.4 从投资看
经估算，压力水射流法方案投资仅为压缩空气方案的40%。
4 生活设施系统
4.1 供水系统
管理处供水系统采用生产、生活、消防合一的供水系统，水源由总干渠引至贮水池。
4.1.1 新型节能供水装置
管理处供水系统采用1套生产、生活、消防共用的全自动变压变量变频调速供水装置。该装置设有4台水泵，其中1台备用。
该供水装置由可编程控制器设定给水泵两种压力：即1个低压和1个高压。生产、生活供水时，设备运行在低压变频状态，当发生火灾时，打开消火栓管路中的流量开关发出信号，通过微机控制压力立即上升到消防供水压力，同时切断生产、生活供水，满足消防用水量。该装置节能效果显著，并可实现运行管理自动化。
4.1.2 新型液位监测装置
贮水池水位监测装置选用压阻式液位变送器，并与之配套数显液位测控仪，对水位进行实时在线监测。水位过低和过高时可报警，并可将数据传至计算机监控系统，进行远程控制。
426W型液位变送器是一种全密封潜入式监测仪表， 外型尺寸仅很小(Φ25mm×115mm)，重量很轻(200g)。内部无可动机械部件，结构简单，因而具有高度的可靠性和长期工作的稳定性，日常不用维修，更不需调整。
4.2 原水净化系统
为满足管理人员生活饮用水要求，设置原水净化系统。该系统包括水过滤设备和消毒设备两部分。过滤设备选用1套HFF型高效纤维过滤器，可除去水中悬浮物、铁、胶体及大肠杆菌等杂质。消毒设备选用1套HKI型二氧化氯消毒器，可有效进行原水消毒。
4.3 采暖
管理所设置1台机器人全自动燃油锅炉，替代传统的燃煤锅炉。它具有热效率高，劳动强度低，体积小的特点，可实现运行管理自动化，并可减少对环境的污染。
5 结论
(1)南水北调中线工程地处寒冷地区，钢闸门冬季运用时，采用潜水泵压力射流法防冰冻效果良好，具有明显的经济技术合理性。
(2)大型输水建筑物检修排水系统采用机电一体式的潜水泵，具有结构简单，管理运用灵活、方便，节省投资的特点。
(3)大型输水建筑物生活设施系统采用变频调速供水装置、液位变送器、机器人全自动燃油锅炉，可大大提高运行管理自动化水平，保证南水北调中线工程大型建筑物的正常运行。
参考文献：
[1]泵站设计规范GB/T50265-97.北京：中国计划出版社，1997.
[2]机电排灌设计手册(第二版).北京：水利电力出版社，1992.
