降水设备及类型.doc

曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 1 - 降水设备及类型 曹欣 100905 目录 1.概述概述.3 2.降水的分类降水的分类.3 2.12.1 轻型井点降水轻型井点降水.3 2.22.2 喷射井点降水喷射井点降水.4 2.32.3 管井井点降水管井井点降水.4 2.42.4 深井井点降水深井井点降水.4 2.52.5 电渗井点降水电渗井点降水.5 3.成孔设备综述成孔设备综述.5 3.13.1 起重设备起重设备.5 3.23.2 钻孔设备钻孔设备.6 3.2.13.2.1 旋转钻机旋转钻机.6 3.2.23.2.2 冲击钻机冲击钻机.8 3.2.33.2.3 潜水钻机潜水钻机.9 4.抽水设备综述抽水设备综述.10 4.14.1 离心泵离心泵.10 4.1.14.1.1 离心泵的分类离心泵的分类.11 4.1.24.1.2 离心泵的原理离心泵的原理.11 4.1.34.1.3 特性曲线特性曲线.12 4.1.44.1.4 液体物理性质的影响液体物理性质的影响.13 4.1.54.1.5 离心泵的操作离心泵的操作.13 4.1.64.1.6 泵运行时注意事项泵运行时注意事项.14 4.24.2 真空泵真空泵.14 4.2.14.2.1 水环泵水环泵.14 4.2.24.2.2 往复式真空泵往复式真空泵.15 4.2.34.2.3 旋片式真空泵旋片式真空泵.15 4.2.44.2.4 真空泵设备特点真空泵设备特点.16 4.2.54.2.5 使用要求使用要求.16 4.34.3 射流泵射流泵.16 4.3.14.3.1 基本结构基本结构.17 4.3.24.3.2 工作原理工作原理.17 4.3.34.3.3 基本性能研究基本性能研究.17 4.3.44.3.4 主要影响因素分析主要影响因素分析.19 4.3.54.3.5 射流泵的综合特性曲线射流泵的综合特性曲线.20 5.轻型井点降水设备轻型井点降水设备.20 5.15.1 降水设备降水设备.20 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 2 - 5.25.2 轻型井点计算轻型井点计算.21 5.2.15.2.1 涌水量计算涌水量计算.21 5.2.25.2.2 井点管数量与井距的确定井点管数量与井距的确定.23 6.喷射井点降水设备喷射井点降水设备.24 6.16.1 高压水泵高压水泵.25 6.26.2 管路系统管路系统.25 6.36.3 施工工艺施工工艺.26 6.46.4 施工中的注意事项施工中的注意事项.26 7.管井井点降水设备管井井点降水设备.27 7.17.1 井管井管.27 7.27.2 水泵水泵.27 7.37.3 施工工艺施工工艺.27 7.47.4 施工中的注意事项施工中的注意事项.28 8.电渗井点降水设备电渗井点降水设备.29 8.18.1 工艺流程工艺流程.29 8.28.2 电渗井点布置电渗井点布置.29 8.38.3 电渗井点埋设电渗井点埋设.30 8.48.4 机具设备机具设备.30 8.58.5 安全技术措施安全技术措施.31 9.深井井点降水设备深井井点降水设备.32 9.19.1 井管井管.32 9.29.2 水泵水泵.32 9.39.3 施工工艺施工工艺.33 9.49.4 施工中的注意事项施工中的注意事项.33 10.结论结论.34 参考文献参考文献.35 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 3 - 降水设备及类型降水设备及类型 1.概述概述 当进行开挖基坑的施工时，由于地下水位较高，土层的抗渗性不足，容易 产生流砂、管涌等不良现象导致基坑破坏。为了保证基坑开挖时的稳定性，经 常采用设置止水帷幕、提高土层抗渗性以及人工降水的措施。其中，人工降水 是最有效、最常用的方法。 所谓人工降水，就是在基坑边上利用抽水设备抽水，使基坑内的水位降低 至开挖面以下的方法。 2.降水的分类降水的分类 人工降水主要分为：轻型井点降水、喷射井点降水、管井井点降水、深井 井点降水和电渗井点降水五大类。 2.12.1 轻型井点降水轻型井点降水 轻型井点降水就是在基坑外围的一侧或两侧埋设井点管，井点管深入含水 层内，下端接有滤管，上端通过弯管与集水总管连接，再与真空泵和离心泵相 连。启动真空泵或离心泵地下水便在吸力作用下，经滤管进入井点管和集水总 管，最后由排水管排出，从井点管向四周形成一个降水面， 使地下水位降低到 基坑底以下。 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 4 - 轻型井点是由直径 38 55mm 的钢管或塑料管、滤水管、弯联管、总管和 抽水系统所组成，其抽水系统又分真空泵吸水和射流泵吸水两大类。目前这两 种抽水方式在施工单位用的都较多，这种井点的主要特点是： 降水具有连续性，即在井点系统正常工作情况下，降低的地下水位不发生 变化；由于井点管的间距较小，使得降水曲线比较平缓，降水漏斗的形状较规 则，需要排掉的水量较少，故比较节能；一套抽水设备能带若干根井点管，使 得运行经济便于管理；井点管及抽水设备可以多次重复使用，故对于施工企业 来说可能会更经济；由于轻型井点是靠真空抽水（不是真空降水），故其降水 深度受到限制，一般不超过 7m；由于轻型井点是靠真空抽水，故其管路及连接 件的密封要求很严格，否则将抽不上水；由于轻型井点的滤水管较短（一般 l 2m），当地质资料不详时，将会抽不上来水（滤水管没有落到含水层上）。 2.22.2 喷射井点降水喷射井点降水 喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩 机通过井点管中的内管向喷射器输入高压水(喷水井点)或压缩空气(喷气井点)， 形成水气射流，将地下水经井点外管与内管之间的间隙抽出排走。 2.32.3 管井井点降水管井井点降水 管井井点降水是沿基坑边，每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用 一台水泵不断抽水降低地下水位。管井井点分一般管井井点和深井管井井点。 井点系统由深水井管、吸水管和抽水机械等组成，其井管材料有钢管和无砂混 凝土管。一般情况下，主要使用无砂混凝土管，直径 280 600mm，孔隙率为 20% 25%。这种井点的主要特点是： 在满足降水要求的前提下井的个数较少；滤水管的长度不受限制，必要时， 可使整个井管都为滤水管，特别是对于地质构造不详，无法确定含水层确切位 置的情况下，仍能较好地降低地下水；排水时是由水泵直接抽水，无须考虑是 否破坏真空的问题；降水深度取决于水泵的扬程，可视土方的开挖深度选择合 适的水泵；管井在使用中，由于泥砂的不断沉积，会使管井的深度不断减小， 但一般不会淤死；所需的机电设备较多，不便集中管理；管井施工时，往往需 要专业施工队伍。 2.42.4 深井井点降水深井井点降水 深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基底的井管，使地下水通过设置 在井管内潜水电泵将地下水抽出，使地下水位低于基坑底。 深井(管井)井点降排水施工具有易于布置、排水量大、降水深(15m)、降 水设备和操作工艺简单等特点。适用于渗透系数大(20250m3d)、砂类士、 地下水丰富、降水深、面积大、时间长的降水工程应用。在计算中采用的公式 不当，或者考虑因素不周，最终会造成降水失败。 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 5 - 在某些工程中需考虑基坑围护结构和井点降排水的结合才能更好地解决降 排水，但要考虑施工成本和效率，比较后选择最优的降排水方法，达到预期的 施工效益目标。 2.52.5 电渗井点降水电渗井点降水 电渗井点降水是在渗透系数很小的饱和黏性土或淤泥、淤泥质土层中，利 用黏性土中的电渗现象和电泳特性，结合轻型井点或喷射井点作为阴极，用钢 管或钢筋作 阳极，埋设在井点管环圈内侧，当通电后使黏性土空隙中的水流动 加快，起到一定的疏干作用，从而使软土地基排水效率提高的一种降水方法。 电渗井点降水法是利用粘性土中的电渗现象和电泳特性，使粘性土空隙中 的水流动加快，起到一定的疏干作用，从而使软土地基排水效率得到提高。电 渗井点降水法一般与轻型井点或其他管井点结合使用效果较好。电渗井点降水 法适用于在饱和粘性土中，特别是在淤泥质粘土中，由于土的渗透系数很小(小 于 01h 抛)，使用重力或真空作用的一般轻型井点降水效果达不到要求时，采 用电渗井点排水效果较好。 3.成孔设备综述成孔设备综述 轻型井点降水工程中的成孔设备与一般桩基础的成孔设备类似。主要分为： 主要包括起重设备、冲管、冲击或钻机等。 3.13.1 起重设备起重设备 移动式井架移动式井架 起重设备按结构不同可分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨 系统等几类。其中，轻小型起重设备主要包括：起重滑车、吊具、千斤顶、手 动葫芦、电动葫芦和普通绞车。 在通常的降水成孔是常用自制移动式井架或绞车。 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 6 - 绞车绞车 3.23.2 钻孔设备钻孔设备 目前市面上所常见的钻孔机有：旋转钻机、冲击钻机、潜水钻机等。 3.2.13.2.1 旋转钻机旋转钻机 影响旋挖 钻进成孔工艺 和设备的使用 的因素较多， 往往导致这种 工艺技术和设 备不能发挥其 优势，甚至会 发生事故。是 选择钻机类型 时必须考虑的 因素。 （1 1）钻进地层）钻进地层 由于采用 摩阻式伸缩钻 杆，不能在钻 进中加压，因 此仅能完成土 层、砂层和胶 结较为松散的、 直径30 mpa 的岩层，如果强行钻进，不仅会大量消耗钻斗斗齿，而且易 发生孔内和机械事故。如果用铠式钻杆配以钻进硬岩的嵌岩牙轮钻头据资料 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 7 - 介绍，目前国内仅有在地表钻进硬岩(抗压强度)60 mpa)的试验数据。在实际施 工中也有用宝峨的 bg22 型旋挖钻机钻进砾径约为 2 m 的孤石的记录(埋深60 mpa 的硬岩，而且孔深在 40 m 以 下孔径 800 一 1800 mm 时，主要难题一是钻具强度问题，极易变形扭弯损坏； 二二是钻进效率较低；三是钻进完后的岩心楔断困难，还需用冲抓锥冲碎岩心。 因此，完整硬岩层的钻进成孔问题，尤其是在孔较深、直径较大时，是旋挖钻 进工艺钻进成孔和设备机具的制约因素之这个问题还没有衡底解决好。 （2 2）施工场地和工程量）施工场地和工程量 旋挖钻机一般质量都在 50 t 以上，有些还达 60 l 以上，因此在地表松散、 泥泞、没有夯实的施工现场很难正常工作。场地也不能太狭窄，道路需通畅。 而且，工程桩数量不可太少，分带要相对集中，否则钻机移动频繁，泥浆材料 消耗加大，钻进成本大大增加，不适台旋挖钻机作业。 （3 3）成本）成本 旋挖钻机的价格是昂贵的，一般 400600 万元，发动机、卷扬系统、液压 系统主泵、辅泵、动力头、钻杆、减震装置等部分一般都需进口，价格也都昂 贵损坏后更换时间也长。据厂商介绍，钻机在全负荷运转的情况下，正常工 作寿命为 6300 h(262 天)，超过这一寿命后，主机各部分开始逐渐磨损，功能 衰退，需更换修理尤其是卷扬系统(m6 一 l3 一 t5 标准)、主泵、动力*以及 钻杆等。这样，使得钻进成本费用大大增加，如果桩基工程单价太低则不适 合旋挖钻机施工，一般钻进每米的利润达到 5070，方有施工的价值。同 时，每年单机钻进工作量应达到 20000 延米，工程造价在 500 万元以上，才能 发挥这种工艺设备的优势。如果没有较为饱和的桩基工程量和较高的工程价格， 是不适宜购置旋挖钻机的。 （4 4）旋钻时还容易发生以下问题）旋钻时还容易发生以下问题 主卷扬钢绳拉断： 旋挖钻机主卷扬一般为02226 mm的6股21丝钢绳，工作寿命在钻进 1001000延米范围内。进口钢绳价格太高，用完原随机配给钢绳后，丈都改用 国产品牌系列。钻进过程中，如果提下钻具不注意卷扬机卷绳和出绳的状况， 过猛或过松，再加上钻机钻杆落地到位限绳系统灵敏度的差异，提升钻具时在 投有完全释放完地层对钻头的包裹力或先用液压系统起拔钻具就开始用卷扬机 提升钻具，卷筒卷绳时互相压崆等等，往往造成锕绳被拉毛、拉断，造成钻具 脱落。据经验，完成200300延米的钻进工程量就需更换一套钢绳。此外，在 定购钻机时，还应要求供货商提供的钻机卷扬机系统，在设计上应考虑欧洲标 准和国内钢绳互换使用时的兼容性，从而提高主卷扬和钢绳的使用寿命。 动力头内套磨损、漏油： 一些新购的旋挖钻机，工作时间不长，常常会出现动力头内缸套内键被磨 损，同时轴承开始漏油，更换油封后不久又开始漏油，影响了正常运转。其主 要原因除了钻机本身漫计欠缺外，还与实际操作技术有着很大的关系，小能超 钻机设计能力钻进，不可超旋挖钻进规程钻进，否则更易造成动力头的加速损 坏，寿命降低。 钻具弯曲、折断及卡埋钻： 这是旋挖钻进施工中常易发生和危害较大的事故，除了地层自然条件不好， 孔壁塌陷卡埋钻具的原因外本文着重讨论旋挖钻进成孔工艺和设备机具本身 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 8 - 的原因。 旋挖钻斗的结构破坏： 目前旋挖钻斗均为直筒状或略有锥度，钻斗周围侧阻力大。高度117 m，直径愈大，高度也愈大，但高径比一般都为1 2左右。在钻进中钻斗边齿、 侧齿磨损到一定程度，钻进中稍不注意，一次进尺过深，造成钻筒外壁与孔壁 之间间 隙突然消失，而且钻机动力头扭矩又大，若用铠式钻杆时钻头加压也大，此时， 就会造成卡钻，钻具无法正反转，不能提出孔外，或者被扭折断发生严重的 孔内事故。如果钻斗的侧齿、边齿焊接成螺旋状或斜角小台适，在钻进较硬岩 层尤其是软硬变层时也易发生卡钻事故。因此，目前通常使用的旋挖钻斗外结 构应改进，主要应以直筒式为好，侧切削刃齿(翼片)要长，占钻斗简长的23 为宜，高度不宜小于桩扎直径的8，钻进时视磨损情况及时补焊，保证钻筒与 孔壁的间隙。 动力头扭矩与钻杆强度不匹配： 目前的旋挖钻机在控制扭矩系统方面仅有限位过载报警装置，没有与钻杆 受扭曲载荷的同步传感器和钻杆受力状态参数的显示仪。供货商也投能提供钻 杆抗弯、抗扭、抗剪强度试验参数及曲线圈。在钻进过程中，当钻进较硬岩层、 易缩径地层时地层对钻斗的吸附包裹力和阻力加大，钻具扭矩也增大，有时 动力头的扭矩会大于钻杆的抗扭抗剪破断强度，造成钻杆的弯曲、扭转变形、 外键(或内键)撕裂、被扭断等，尤其在使用摩阻式钻杆(一般都为单键材质为 欧洲标准st520)更容易发生，危害很大。这是目前旋挖钻机普遍存在的问题， 需设计厂商尽快研究解央。在购置旋挖钻机时，应向供货商提出上述改进要求。 若发生钻扦弯曲变形，提升时钻杆会发出异常响声，或者能感觉到提升困难， 要及时检查。如果钻杆变形弯曲，可以在有大吨位压力机(或千斤顶)的专业厂 家校直校正，校直时为避免压扁钻杆，应加工铁心支垫，同时在标准工作台上 加压校直。为了防止校正过程中弯曲部位的反弹，可以用200以下的焊枪喷烤， 不影响其材质。钻杆的外键、内键材质一般为25crm啦，方头材质25crm04。当 键被磨损或撕裂后，可以用手砂轮打磨平焊键部分，把加工好的同材质键补焊 上。 3.2.23.2.2 冲击钻机冲击钻机 (1)(1)施工准备施工准备 施工前根据水文、地质条件及机具设 备、动力、材料运输情况进行施工场地布 置，首先对场地进行平整，清除杂物，最 后进行施工放样，埋设护筒，按设计图纸 定出桩位，设十字护桩，以备校核。 (2)(2)护筒埋设护筒埋设 首先在平台上精确测量，定出桩的纵 横向轴线，然后将护筒吊起，下放着床， 并悬挂锤球测量其倾斜度，以保证不大于 ，护筒要座在硬土面上并临时联结到 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 9 - 平台，护筒周围回填粘土并捣实。护筒用人工开挖埋设护筒并回填粘土，其顶 端要高出地面不少于0.3m。 (3)(3)钻机就位及冲击钻进钻机就位及冲击钻进 就地拼装钻机架。十字型钻头，适当配重。开孔前在护筒内多放一些粘土， 钻进0.51m时，再回填粘土或注泥浆继续以低冲程钻孔，如此反复二、三次， 必要时，多重复几次。待钻至护筒下34m后，方可进行正常冲击。根据碴样判 别土层地质，砂卵石土采用中等冲程，基岩、漂石和坚硬密实的卵石层，采用 高冲程。 冲击成孔采用高质量粘土泥浆护壁，根据地层地质变化调整泥浆比重，保 证钻进过程中孔壁稳定，保持孔内水头高度。不同的地质采取不同的冲程，冲 击过程中要勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头磨损情况。 冲击一定时间后，提出冲击钻头，换上掏碴筒，掏取钻碴。掏碴后及时向 孔内添加泥浆，以维护水头高度。钻进中，用检孔器检孔，检孔器用钢筋制作 成钢筋笼，其外径等于设计孔径，长度为孔径的46倍。每钻进58m及通过易 缩孔的土层时，都必须检孔。 3.2.33.2.3 潜水钻机潜水钻机 （1 1）场地准备）场地准备 场地为旱 地时，须整平 夯实；陡坡处 须用枕木型钢 等搭设稳定的 工作平台；如 遇浅水或深水 作业时，须依 据上报业主的 施工方案，在 施工范围内进 行筑岛或钢板 桩围堰等多种 方法，为钻孔 作业创造有利 的工作平台。 （2 2）护筒）护筒 护筒埋设时，护筒中心轴线应对正测量标定的桩位中心，偏差不得大于 5cm，必须严格保持护筒的竖直位置，护筒周围和底脚须紧密，不透水。护筒顶 端的泥浆溢出口底边，当地质良好不易坍孔时，宜高出地下水位 1.01.5m 以上； 当地质不良容易坍孔时，应高出地下水位 1.52.0m 以上。 （3 3）泥浆）泥浆 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 10 - 泥浆使用泥浆搅拌机调制。在井孔外支好泥浆搅拌机，先将适量清水加入 搅拌鼓，然后将选择好的水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土慢慢加入相应 量进入搅拌鼓，并开动机器搅拌，成浆后，打开出浆门到储浆池。 (4)(4)具体操作具体操作 先将起吊潜水钻机的龙门吊机或吊车安装就位，并使主吊钩竖直对准桩位 中心。安装潜水电钻、卷扬机、泥浆泵的电缆，要求接入配电箱，便于操纵。 潜水电钻的电缆不得破损、漏电，须指定专人负责收、放电缆和进浆胶管。安 装钻锥、潜水电钻和钻杆，钻进时钻杆不转动，只起导向作用，产生反扭矩， 必须将钻杆卡在钻架底层铁门的导向滚轮内。将钻锥、电钻吊入护筒内，关好 钻架底铁门，启动泥浆泵（正循环）或吸浆泵（反循环），稍吊起钻锥，使电 钻空转，待泥浆压进钻孔（正循环）或泥浆被吸出孔外（反循环）后，放 下钻锥开始钻进。根据钻杆进尺放松电缆线，不可过多，防止缠胶。接长钻杆 时，先停止电钻转动，提升钻杆，泥浆继续循环。然后按正、反循环钻机的方 法加接一节钻杆，放下电钻、钻锥继续钻进，如此连续作业直达设计标高为止。 （5 5）安全操作规程）安全操作规程 为防止潜水电钻因钻杆折断或其它原因而掉入孔中，应在电钻上加焊环， 系一保险钢丝绳通出钻孔外吊挂。电缆和进浆胶管上应用油漆标明尺度，便于 和钻杆上所标尺度相校核。在钻进时，一般控制在钻机设计的相应电流内为 30a40a，如果突然上升说明电钻超负荷，应将电钻上提，相应收回电缆线及进 浆胶管，并应设自动跳闸装置，以便因钻进遇到障碍致电流大大地超过负荷时 能自动停转。 4.抽水设备综述抽水设备综述 根据不同的抽水形式选用离心泵、真空泵或射流泵。各种泵的分类如下： 4.14.1 离心泵离心泵 离心泵是 利用叶轮旋转 而使水产生的 离心力来工作 的。水泵在启 动前，必须使 泵壳和吸水管 内充满水，然 后启动电机， 使泵轴带动叶 轮和水做高速 旋转运动，水 在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，以达到抽水的目的。 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 11 - 4.1.14.1.1 离心泵的分类离心泵的分类 （1 1）按叶轮数目来分类）按叶轮数目来分类 单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。 多级泵：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为 n 个叶 轮产生的扬程之和。 （2 2）按工作压力来分类）按工作压力来分类 低压泵：压力低于 100 米水柱； 中压泵：压力在 100650 米水柱之间； 高压泵：压力高于 650 米水柱。 （3 3）按叶轮吸入方式来分类）按叶轮吸入方式来分类 单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口； 双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比单 吸式泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。 （4 4）按泵壳结合来分类）按泵壳结合来分类 水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。 垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。 （5 5）按泵轴位置来分类）按泵轴位置来分类 卧式泵：泵轴位于水平位置。 立式泵：泵轴位于垂直位置。 （6 6）按叶轮出方式分类）按叶轮出方式分类 蜗壳泵：水从叶轮出来后，直接进入具有螺旋线形状的泵壳。 导叶泵：水从叶轮出来后，进入它外面设置的导叶，之后进入下一级或流 入出口管。 （7 7）按安装高度分类）按安装高度分类 自灌式离心泵：泵轴低于吸水池池面，启动时不需要灌水，可自动启动。 吸入式离心泵：泵轴高于吸水池池面。启动前，需要先用水灌满泵壳和吸 水管道，然后驱动电机， 使叶轮高速旋转运动，水受到离心力作用被甩出叶轮， 叶轮中心形成负压，吸水池中水在大气压作用下进入叶轮，又受到高速旋转的 叶轮作用，被甩出叶轮进入压水 管道。 另外，根据用途也可进行分类，如油泵、水泵、凝结水泵、排灰泵、循环 水泵等。 4.1.24.1.2 离心泵的原理离心泵的原理 当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使预先充灌在叶 片间的液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周做径向运动。 液体在流经叶轮的运动过程中获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离 开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能， 作后沿切向流入排出管路。所以泵壳不但是汇集由叶轮流出液体的部件，而且 还是一个动能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区 （既形成真空）在储槽液面与叶轮中心总势能差（既压差）的作用下，使液体 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 12 - 被吸入叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续的被吸入和排出。液体在 离心泵中获得的机械能最终表现为静压能的提高。 （1 1）气缚及气缚的处理方法）气缚及气缚的处理方法 在离心泵启动前没向泵壳内灌满被输送的液体，由于空气密度低，叶轮旋 转后产生的离心力小，叶轮中心区不足以形成吸入贮槽内液体的低压，因而虽 启动离心泵也不能输送液体。这表明离心泵无自吸能力，此现象称为气缚。吸 入管路安装单向底阀是为了防止启动前灌入泵壳内的液体从壳内流出。空气从 吸入管道进到泵壳中都会造成气缚。所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体， 在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵 内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀， 供调节流量时使用。 （2 2）汽蚀现象）汽蚀现象 在如图所示的管路中，在液面 00 与泵进口附近截面 11 之间无外加能 量，液体靠压强差流动。因此，提高泵的安装位置，叶轮进口处的压强可能降 至被输送液体的饱和蒸汽压，引起液体部分汽化。 实际上，泵中压强最低处位于叶轮内缘叶片的背面，当泵的安装位置高至 一定距离，首先在该处发生汽化并产生汽泡。含汽泡的液体进入叶轮后，因压 强升高，汽泡立即凝聚，汽泡的消失产生局部真空，周围液体以高速涌向汽泡 中心，造成冲击和振动。尤其是当汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众多液 体质点犹如细小的高频水锤撞击着叶片；另外汽泡中还可能带有氧气等对金属 材料发生化学腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将会导致叶片的过早损坏， 这种现象称为泵的汽蚀。 离心泵在产生汽蚀条件下运转，泵体振动并发出噪音，流量、扬程和效率 都明显下降，严重时甚至吸不上液体。为了避免汽蚀现象，泵的安装位置不能 太高，以保证叶轮中各处的压强高于液体的饱和蒸汽压 4.1.34.1.3 特性曲线特性曲线 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 13 - 离心泵的性能参数 h、q、 及 n 之间并非孤立的，而是相互联系相互制约 的。其具体定量关系由实验测定，并将测定结果用曲线形式表示，即为特性曲 线。 上图即为 4b20 型清水泵在转速 n = 2900 转/分钟条件下测得的特性曲线。 关于特性曲线 由此图可见： （1）离心泵的压头 h 随流量 q 的增加而降低 ； （2）离心泵的轴功率 n 随着流量 q 的增大而上升，流量为零时轴功率最小。 所以离心泵启动时，应关闭泵的出口阀门，使启动电流减小，保护电机； （3）随着流量 q 的增大，泵的效率 也随之上升，并达到一最大值。以 后流量再增大，效率就下降。这说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，称 为设计点。与最高效率点对应的 q、h、p 值称为最佳工况参数。根据输送条件 的要求，离心泵往往不可能正好在最佳工况点运转，因此一般只能规定一个工 作范围，称为泵的高效率区，通常为最高效率的 92%左右。 4.1.44.1.4 液体物理性质的影响液体物理性质的影响 密度的影响： 由离心泵的基本方程式可知，离心泵的压头、流量均与液体的密度无关， 所以效率也不随液体的密度而改变，但轴功率会随着液体密度而变化。 粘度的影响： 所输送的液体粘度越大，泵内能量损失越多，泵的压头、流量都要减小， 效率下降，而轴功率则要增大。 4.1.54.1.5 离心泵的操作离心泵的操作 曹欣 100905 同济大学地下建筑与工程学院 - 14 - 泵开启前先要盘车，检查循环水，油封，表计，电机等有无异常现象。 首先打开进口阀门，让液体进入并充满泵体。关闭泵的出口阀门，开启轴 封水（有平衡管的需打开平衡管）再开启泵的电机，待出口压力达到工艺要求 值后，再缓慢的打开出口阀门。先缓慢关闭泵的出口阀门，停离心泵电机，关 闭轴封水，在关闭泵的进口阀门。 4.1.64.1.6 泵运行时注意事项泵运行时注意事项 在开车及运行过程中、必须注意观查仪表读数、轴承温升