泵站设计规范 - 11 闸门、拦污栅及启闭设备

11．1 一般规定

11．1．2 据调查，各类泵站在进水侧均设有拦污栅，对于保证泵站正常运行起到了重要作用。但有相当多的泵站，由于河渠或内湖污物来量较多，栅面发生严重堵塞，影响泵站的正常运行，甚至被迫停机。较为常见可行的办法是设置机械清污机。拦污栅设置启闭设备的目的，是为了能提栅清污及对拦污栅进行检修或更换。清污平台的设置应方便污物转运，结合交通桥考虑，可节约投资。据调查，有些泵站将清除的污物随意堆放，未做任何处理，既影响清污效率，也于环保不利。

站前拦污栅桥与流向斜交布置对增大过流面积、减小过栅流速的效果并不明显，而且斜交布置、人字形布置或折线布置对清污作业和污物转运是不利的。实际上，绝大多数泵站的站前拦污栅桥布置都是与流向正交的。故取消了原规范关于斜交布置和人字形布置的内容。

11．1．3 轴流泵及混流泵站出口设断流装置的目的是为了保护机组安全。断流方式很多，其中包括拍门及快速闸门等，为保证拍门或快速闸门发生事故时能够及时切断水流，防止水流倒灌对泵组造成危害，要求设置事故闸门。对于经分析论证无停泵飞逸危害的泵站，也可以不设事故闸门，仅设检修闸门。

虹吸式出水流道系采用真空破坏阀断流。由于运行可靠，一般可不设事故闸门，但要根据出口高程及外围堤岸的防洪要求设置防洪闸门或检修闸门。

11．1．4 门后设置通气孔，是保证拍门、快速闸门正常工作，减少振动和撞击的重要措施。对通气孔的要求是：孔口应设置在紧靠门后的流道或管道顶部，有足够的通气面积并安全可靠。通气孔的上端应远离行人处，并与启闭机房分开，以策安全。

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通气孔面积计算经验公式很多，适用条件不同，结果差别较大，因此很难作硬性规定。原规范所列通气孔面积的估算公式系根据已建泵站经验提出，同时参考了《大型电力排灌站》(水电版，1984年)所提拍门通气孔面积经验公式和《江都排灌站》第三版(水电版，1986年)推荐采用的真空破坏阀面积经验公式。该公式对低扬程泵站是合适的，但对高扬程泵站估算面积偏小。本次修订参考了现行行业标准《水利水电工程钢闸门设计规范》SL 74推荐的通气孔面积估算方法，对该公式给出适当范围，低扬程泵站取小值，高扬程泵站取大值。

11．1．5 泵站停机时特别是事故停机时，如拍门或快速闸门出现事故，事故闸门应能迅速或延时下落，以保护机组安全，启闭设备现地操作和远方控制，是指启闭机房的就近操作和中控室自动控制两种方式，其目的是使启闭机操作灵活、方便和实现联动。据调查，泵站事故停电时有发生，严重威胁机组安全，因此，启闭机操作电源应十分可靠。

11．1．6 据调查，为了检修机组，各泵站一般均设有检修闸门。检修闸门的数量各泵站不一，有的泵站每台机组设1套，有的泵站数台机组共设1套。每台机组的检修时间，大型轴流泵约需1个月至3个月。若检修闸门过少，不能按时完成机组检修计划，影响抽水。考虑到大型泵站机组台数较少，而每台机组的检修时间又较长，当机组台数为3台～6台时，为保证至少2台机组同时检修，检修闸门数量不宜少于2套。当机组台数为2台时，可根据工程重要程度设置1套～2套。

“特殊情况”系指那些有挡洪要求或年运行时间不长的泵站。

11．1．7 泵站检修闸门，一般设计水头较低，止水效果差，严重时影响机组的检修。因此，对检修闸门，一般均采用反向预压措施，使止水紧贴座板，实践证明具有较好的止水效果。

11．1．9 对于在严寒地区冰冻期运行的泵站，出口快速闸门和事故闸门应采取门槽防冻措施，对于冰冻期挡水的闸门还应考虑防止冰压力措施。由于拦污栅受冰冻影响较小，不宜作硬性规定。

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11．1．10 闸门与闸门及闸门与拦污栅之间的净距不宜过小，否则对闸槽施工，启闭机布置、运行以及闸门安装、检修造成困难。

11．1．11 对于闸门、拦污栅及启闭设备的埋件，由于安装精度要求较高，一期浇筑混凝土浇筑时干扰大，不易达到安装精度要求。因此，本条规定宜采用二期浇筑混凝土方式安装，同时还应预留保证安装施工的空间尺寸。

因检修闸门一般要求能进入所有孔口闸槽内，故对于多孔共用的检修闸门，要求所有门槽埋件均能满足共用闸门的止水要求。

11．2 拦污栅及清污机

11．2．1 拦污栅孔口尺寸的确定，应考虑栅体结构挡水和污物堵塞的影响，特别是堵塞比较严重又有泥沙淤积的泵站，有可能堵塞1／4～1／2的过水面积。拦污栅的过栅流速，根据调查和有关资料介绍：用人工清污时，一般均为0．6m／s～1．Om／s；如采用机械清污，可取1．Om／s～1．25m／s。为安全计，本条采用较小值。

11．2．2 为了便于检查、拆卸和更换，拦污栅应做成活动式。拦污栅一般有倾斜和直立两种布置形式。倾斜布置栅体与水平面倾角，参考有关资料，可取70°～80°。

11．2．3 拦污栅的设计荷载，即设计水位差，根据现行行业标准《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74规定为2m～4m。但对泵站来说，栅前水深一般较浅，通过调查了解，由污物堵塞引起的水位差一般为0．5m左右，1m左右的也不少，严重时，栅前堆积的污物可以站人，泵站被迫停机，此时水位差可达2m以上。

拦污栅水位差的大小，与清污是否及时以及采用何种清污方式有关。为安全计，本条规定按

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1．Om～2．Om选用。遇特殊情况，亦可酌情增减。当拦污栅前设置有清污机，其设计水位差可降到1．Om。

11．2．4 泵站拦污栅栅条净距，国内未见规范明确规定，不少设计单位参照水电站拦污栅净距要求选用。前苏联1959年《灌溉系统设计技术规范及标准》抽水站部分第361条，对栅条净距的规定和水电站拦污栅栅条净距相同，即轴流泵取0．05倍水泵叶轮直径，混流泵和离心泵取0．03倍水泵叶轮直径。

栅条净距不宜选得过小(小于50mm)，过小则水头损失增大，清污频繁。据调查资料，我国各地泵站拦污栅栅条净距多数为50mm～1OOmm，接近本条规定。

当设置有清污机时，站前拦污栅上的污物将大为减少，因此栅条间距可适当加大，对清污和减小过栅水头损失有利，但必须满足保护水泵机组的条件。

11．2．5 从调查中看到有不少泵站拦污栅结构过于简单，有的栅条采用钢筋制作，使用中容易产生变形，甚至压垮破坏。为了保证栅条的抗弯抗扭性能，减少阻水面积，本条要求采用扁钢制作。

使用清污机清污或人工清污的拦污栅，因耙齿要在栅面上来回运动，故栅体构造应满足清污耙齿的工作要求。对于回转式拦污栅，其栅体构造还需特殊设计。

11．2．6 清污机的选型，因河道特性、泵站水工布置、污物性质及来污量的多少差异很大，应按实际情况认真分析研究。目前，液压抓斗式和回转式清污机广泛用于泵站工程，取得了较好的效果。全自动液压抓斗式是一种从国外引进的清污机型式，近年逐步在泵站工程上推广使用，其特点是由计算机控制全自动清污，且不受拦污栅宽度的，但过栅的流速不宜过大。由于粉碎式清污机有可能存在环保问题，而且在工程中应用极少，故取消与之相关内容。

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11．3 拍门及快速闸门

11．3．1 轴流泵机组有多种启动方式，包括用水流冲开拍门直接启动，先冲开小拍门再开启工作门或大拍门启动，先开泵泄(溢)流再提门启动以及抽真空启动等。每种方式都要求有不同的闸门选型，所以水泵启动方式也是拍门和快速闸门选型的重要因素之一。

据调查，单泵流量较小(8m3 ／s以下)时，多采用整体自由式拍门断流。这种拍门尺寸小、结构简单、运用灵活且安全可靠，因而得到广泛应用。当流量较大(8m3 ／s以上)时，整体自由式拍门由于可能产生较大的撞击力，影响机组安全运行，且开启角过小，增加水力损失，故不推荐采用。目前国内大型泵站多采用快速闸门或双节自由式拍门、整体控制式拍门断流。这些断流方式在减少撞击力及水力损失方面均取得了不同成效，设计时可结合具体情况选用。

上面所述拍门均系指悬吊式(水平转轴)拍门，除此之外，最近几年已有单位研制出一种“节能型侧向式全自动止回装置”，并已经用于湖北、湖南、安徽、江西、甘肃和广东等省的实际工程中。有关检测机构实测数据表明，这种拍门的开启角度可达85°，节能效果明显，提高了泵站装置效率，且运行平稳，闭门冲击力小。该产品已被列入水利部“948”项目，正在积极推广。

11．3．3 拍门水力损失与开启角的大小有关，据调查了解，一般整体自由式拍门(此处及以下所述拍门均指悬吊式)开启角为50°～ 60°，个别的不到40°。实际调查到的拍门开启角情况为50°～60°的有3个泵站；60°以上的有1个泵站；双节式拍门上节门开启角在30°～40°的有6个泵站；40°以上的只有1个泵站。

关于拍门的水力损失，由于开启角过小，有5个泵站降低泵效率达到2％～3％，2个泵站达到4％～5％。拍门开启角过小时，其水力损失大，特别是长期运行的泵站，其电能损耗相当可观，因此拍门开启角宜加大，但鉴于目前的拍门设计方法不尽完善，开启角又不宜过大，否则将加大撞击力。故本条规定拍门开启角应大于60°，其上限由设计者酌情决定。对于双节式拍门，本条规定上节门开启角大

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于50°，下节门开启角大于65°，通过试验观察，其水力损失大致与整体自由式拍门开启角60°时的水力损失相当。上节门与下节门开启角差不宜过大，否则将使水力损失增加，并将加大撞击力，根据模型和原型测试综合分析，本条规定不大于20°。拍门加平衡重虽然可以加大开度，但却相应增大了撞击力，且平衡滑轮钢丝绳经常出现脱槽事故。因此本条要求采用加平衡重应有充分论证。

11．3．4 双节式拍门上节门高度一般比下节门大，其主要目的是为了增大下节门开启角，同时拍门撞击力主要由下节门决定，下节门高度小于上节门，就能减少下节门撞击力。根据模型试验，上下门高度比适宜范围为1．5～2.0。

11．3．5 轴流泵不能闭阀启动，为防止拍门或闸门对泵启动的不利影响，应设有安全泄流设施，即在拍门上或在闸门上设小拍门，亦可在胸墙上开泄流孔或墙顶溢流。

泄流孔面积可以根据最大扬程条件、机组启动要求试算确定。先初定泄流孔面积，计算各种流量条件孔口前后水位差，根据此水位差、相应流道水力损失及净扬程计算泵扬程和轴功率，核算电动机功率余量及启动的可靠性，据以确定合理的泄流孔面积。

11．3．7 拍门和快速闸门是在动水中关闭，要承受很大的撞击力，为确保其安全使用，应采用钢材制作。小型拍门一般由水泵制造厂供货，目前拍门最大直径为1．4m，且为铸铁制造。据调查，在使用中出现了不少问题。为安全计，经论证拍门尺寸小于1．2m时，可酌情采用铸铁和非金属材料制作。近年来非金属高强度工程材料发展很快，应用范围也越来越广泛，用来制作拍门也有一定的优势，如玻璃钢等。

11．3．8 拍门铰座是主要受力构件，出现事故的机会较多且不易检修，故应采用铸钢制作，以策安全。

吊耳孔做成长圆形，可减轻拍门撞击时的回弹力，可增加橡皮缓冲的接触面积和整体性，从而减

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轻对支座的不利影响，并有利于止水。综合几个工程运用实例，圆心距可取1Omm～20mm。

11．3．10 将拍门的止水橡皮和缓冲橡皮装在门框埋件上，主要是避免其长期受水流正面冲击而破坏，设计时应考虑安装和更换方便。

11．3．11 采用拍门倾斜布置形式，当拍门关闭时，橡皮止水能借门重紧密压于门框上，使其封水严密。对拍门止水工作面进行机械加工，亦是确保封水严密的措施之一。据调查，拍门倾角一般在10°以内。

本条强调“拍门止水工作面宜与门框进行整体机械加工”，是指将止水座板与门框焊接后再加工，以保证止水效果。11．3．13、11．3．14 附录C～附录E中公式的推导过程以及实验数据，参见《泵站拍门近似计算方法》(1986年)、《江都排灌站》第二版(1979年)和《泵站过流设施与截流闭锁装置》(2000年)。

11．4 启闭设备

11．4．1 工作闸门和事故闸门是需要经常操作的闸门，随时处于待命状态，宜按一门一机布置，选用固定式启闭机；有控制的拍门和快速闸门因要求能快速关闭，故应选用具有快速闭门功能的启闭设备。而检修闸门和拦污栅一般不需要同时启闭，当其孔口数量较多时，为节省投资，宜按一机多孔布置，选用移动式启闭机或移动式电动葫芦。

近年来，液压技术发展很快，液压式快速闸门启闭机用于有控制的拍门和快速闸门行业内是比较认同的，技术越来越成熟，也有很多工程实例。卷扬式快速闸门启闭机用于快速闸门也是较为常见的配置，但卷扬式快速闸门启闭机用于有控制的拍门确实值得研究，有很多技术问题不好处理：①泵站机组启动时，水流是要冲开拍门的，此时拍门的开度很难控制，启闭机钢丝绳容易出现脱槽和乱绕事故。②事故停机历时数十秒内水泵系统就会进入“反转倒流”阶段，水流失去对拍门的顶托，拍门闭

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门的冲击力将急剧增大，而且受倒流作用，时间越长冲击力就越大。由于传动机构惯性矩的拖累，卷扬式快速闸门启闭机不可能在短时间内由静止达到高速反转，这种滞后延误了拍门的关闭时机，无法利用“反转倒流”阶段前水流的顶托作用，卷扬式快速闸门启闭机的缓冲效果并不理想，甚至可能有负面影响。③为提高拍门开度，水泵机组运行时拍门由钢丝绳悬吊，拍门上下水流流态复杂，钢丝绳处于长期振动荷载作用容易产生疲劳破坏，存在一定的安全隐患。④从一些泵站使用的卷扬式拍门控制装置的实际情况看，这些装置都已不是规范原指意义上的卷扬式快速闸门启闭机了，有的去掉了动滑轮，有的在高低速传动之间加了离合器，有的在低速轴上加上了制动器。从功能作用上讲，这些机械应该称之为“拍门卷绳器”或“拍门持住装置”，而不应该称之为卷扬式快速闸门启闭机。鉴于以上情况，本次对有控制的拍门和快速闸门的启闭机选型进行分别叙述。对于“拍门卷绳器”或“拍门持住装置”等类似的机械，由于技术还不是很成熟，总结性资料收集不多，本次修订未将其列入规范，各单位可在实践中进一步改进和完善。

11．4．3 据调查，泵站运行期间，事故停电时有发生。为确保机组安全，快速闸门启闭机应设有紧急手动释放装置。当事故停电时，除中控室操作外，现场人员也能迅速关闭闸门。

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