泵站工程课件.pptx

第一章泵站能耗分析 第一节泵站能量平衡分析第二节泵站效率计算第三节泵站效率的电算方法第四节泵站能耗计算 1 泵站工程包括 电力系统 水力系统 控制系统 水工结构 管理系统二 泵站能耗分析 一 动力机的能量消耗1 电动机 恒定损耗 与负荷无关 铁损机械可变损耗 随负荷而变 铜损杂损附加损耗 跟电动机功率因数有关 2 2 柴油机机械损耗 活塞与汽缸壁的摩擦损失曲轴与轴承的摩擦损耗辅助机构及附属装置的阻力损失热损耗 柴油不完全燃烧等 632000 式中 柴油机的燃油消耗率 g kWh 柴油的热值 kcal kg 3 二 水泵的能耗水力损失容积损失机械损失 三 传动装置能耗 四 管路能耗 2水流引起的能耗 沿程损失和局部损失 4 管路阻力参数 10 29 2 5 33 0 083 4管道效率 五 进出水池的能耗 5 三 泵站能量平衡泵站效率 2 1 1 2 6 第二节泵站效率的计算 一 按实测数据进行计算 1000 1 100 式中 1 某时段内泵站的输入功率 同时段内泵站的平均流量 同时段内泵站的平均净扬程 7 二 泵站效率计算图解过程 8 图解步骤 绘制水泵性能曲线 根据管路布置情况计算管路阻力参数S 绘制管路阻力特性曲线 及装置需要扬程曲线 过泵站装置扬程 作水平线交 于 点 相应的A点即为水泵工作点 据此可得水泵流量 扬程 功率及效率 9 查表求传动效率 求动力机负荷系数及动力机效率 求进出水池效率 求泵站效率 由不同净扬程可求出不同的泵站效率 连成曲线 图中的点划线 即为泵站的效率曲线 10 第四节泵站的能耗计算 一 当动力机为电动机时电机的输入功率 1 2 1000 kW 泵站电能消耗 1 1000 kWh 当考虑辅助设备 电气设备等耗电时 1000 kWh 11 二 以柴油机为动力机时泵站输出功率 2 1000柴油机输入功率 1 kW 632000 12 柴油机的小时耗油量为 kg h 1000 1 632 2 1 632 1000 632 1000 kg h 柴油机的耗油量 632 1000 kg 13 三 动力费计算 电费 1000 燃料费 632 1000 14 第三章泵站工程规划工作内容 现场调研 实地踏勘 资料收集泵站选址 输水输电线路选择 高扬程泵站分区分级 枢纽布置泵站设计参数计算 流量 扬程 水泵选型与电机配套工程概算经济效益分析环境评价 15 第一节供水泵站工程规划 一 供水区划分 分区与分级供水 1 一区一级供水适用场合 供水范围较小 扬程较低 区内高程变化不大 16 2 一级多站分区供水适用场合 地形等高线与水流斜交 高差较大优点 减少交叉建筑物 缩短干渠长度 降低水头与流量损失 17 3 多级多站供水适用场合 地形等高线与水流流向基本平行 高差较大优点 可减小装机容量与泵站运行功率 参看下节 最小功率站址 18 4 分级分区供水适用场合 面积较大 扬程较高 地形复杂 非单一行政区划目的 降低工程投资 减少能源消耗 便于行政管理 19 二 高扬程泵站最小功率站址确定 1 最小功率节能原理设某灌区总面积为 hm2 总地形扬程为 m 一级提水方案所需功率 1 1000 1000 kW 二级提水方案所需功率 20 若一级站控制面积为 1 1二级站控制面积为 2 1 1 1000 1 1 2 1 1000 2 2 1 设 1 2 令 1000 则有 2 1 1 21 结论 二级提水方案比一级提水方案节省功率 1 1 kW 三级提水方案 3 1 2 3 1 2 3 2 1 3 2 1 1 2 2 22 2 最小功率站址扬程计算 设n级提水 泵站总功率为 1 1 2 1 2 3 2 3 23 采用微分求极值 即令 0 则有 2 1 1 1 1 3 2 2 1 1 1 1 1 2 1 1从上述公式可以看出 从第二级站开始 各级站的净扬程等于前一级站所控制的供水面积与本级站站址所相应的高程 面积关系曲线斜率之积 24 图解原理 以4级供水为例以一级泵站进水池水位为座标原点 以面积 为横坐标 高程H为纵坐标 绘出 f 高程 面积关系曲线 并从最高点分别向纵横坐标作垂线 25 26 设 11 下标表示第一次作图 第一级泵站从纵座标 11点作水平线交 f 于A11点 该点高程同时看作为二级站进水池水位过 11点作A11点处 f 切线的平行线 与过A11点的垂线交于H12 该点即为二级站出水池水位 27 重复上述过程直至作出H14根据比例关系确定H21 作P1M 过 11点作 11N1 以ON1为半径作圆弧 交纵轴于H21 显然有 21 11 14以H21为起点 重复上述步骤 即可定出各级站的站址 28 三 高扬程泵站的经济扬程 经济扬程的概念 对高扬程灌区 泵站运行成本与扬程大小成比例 当泵站成本等于总收入时的泵站净效益为零 称此时相应的扬程为极限扬程当实际扬程小于极限扬程时工程才是经济可行扬程 0 29 泵站 运行 成本工程折旧费机电设备 土建工程大修费耗电 燃料费 动力费 管理费 泵站净效益作物增产效益社会效益扣除作物增产所增加的农资投入及劳动力增加的因素其它综合措施效益分摊 30 第二节排水泵站工程规划 排水目的 南方地区 排涝排渍 北方平原地区 降低地下水 防止盐碱化一 排区划分原则 统筹规划 全面安排 综合治理 方针 三分开两控制 主客水分开内外水分开高低片分开控制地面水控制地下水 31 具体措施 1 沿江滨湖地区分区分片排水 自排为主 抽排为辅 就近排水2 半山半圩地区截流撇洪 主客分流 高低分排3 滨海与感潮河段根据地面高程分为畅排区 半畅排区和低排区 自排与提排相结合 利用挡潮闸 落潮间隙自流排水 32 二 站点布局 一 集中建站与分散建站集中建大站适用条件 排水面积大起伏小 地势总体单向倾斜 有大且集中的蓄涝容积 建有骨干排水沟道 或虽排水面积较小但平坦 又有较大的蓄涝容积 行政区划单一的地区优缺点 单位装机容量造价低 输电线路短 便于集中管理 但要有完整的排水系统 开挖排水干沟土方工程量及挖压占地面积大 33 分散建小站适用条件 水网密集 排水出口分散 地势高低不平的排区优缺点 工期短收效快 工程量小 挖压占地少 排灌及时 34 二 一级排水与二级排水一级排水适用条件 排水面积较小 装机容量小 扬程不高的地区 35 二级排水适用条件 排水面积较大 地形复杂 高低不平 扬程较高的排水区 36 一 二级排水结合 37 第三节泵站枢纽布置 目的 确定泵站主体工程与配套建筑物的关系及相对位置主要泵站附属建筑物 公路桥 船闸 自流排水闸 节制闸 水电站要求 布局合理 工程安全 投资节省 运行调度方便 38 一 供水泵站枢纽布置 一 无坝引水1 有引渠泵站枢纽布置2 无引渠泵站布置3 箱涵式引水泵站枢纽布置 二 有坝引水式1 坝上游取水2 坝下游取水 39 二 排水泵站枢纽布置 1 闸站分建式 40 2 闸站合建式 41 第四章泵站设计流量 农田灌溉流量 城镇给水流量 农田排水流量 城镇排水流量第一节农田灌溉流量农田灌溉水量 作物需水量 田间耗水量泵站提水量 农田灌溉水量 渠系损失水量 42 由主要作物最大一次灌水定额推求 3600 m3 s 泵站设计流量 最大一次灌水定额 灌溉面积 轮灌天数 泵站每天工作时数 灌溉水有效利用系数 43 第二节城镇给水流量 给水系统示意图1 取水构筑物2 一级泵站3 水处理构筑物4 清水池5 二级泵站6 输水管7 管网8 水塔 44 一 用水量计算1 居民区生活用水 1 式中 1 最高日生活用水量 m3 d 生活用水标准 m3 人 d 计划人口数2 工业企业生产与生活用水 2 m3 d 45 式中 各工业企业生产用水量 职工生活用水量 1000 职工生活用水定额 25 35L 人 班 每班人数 每日班制 46 47 4 市政用水量 4 1000 1000 m3 d 式中 道路洒水面积和绿地浇水面积 m2 道路洒水和绿地浇水用水量定额n 每日道路洒水次数 48 5 未预见水量和管网漏水量 5 0 15 0 25 1 3 4 2式中 工业企业未预见水量系数 根据工业发展情况确定城镇最高日设计流量 1 15 1 25 1 3 4 1 2 m3 d 49 二 给水泵站流量确定1 一级泵站 水源泵站 m3 h 式中 考虑水厂本身用水 原水水质 水处理工艺等的系数 1 05 1 10 50 2 二级泵站 1 直接向供水管网供水 1000 24 3600 86 4 L s 式中 最高时设计用水量 用水区的时变化系数 指一年中用水量最高日内 最高1h用水量与平均时用水量的比值 2 向水塔供水时 可适当减小泵站装机容量 51 第三节农田排水流量 一 排水标准确定排水标准 指排区出现一定频率的暴雨不发生渍涝灾害相应的 排涝工程 设计标准四大要素 1 设计暴雨 2 排水时间 3 排水深度 4 外江水位 52 二 排水流量计算1 排水模数法排水模数 每平方公里排水面积上的最大排水流量 设计排水模数 m3 s km2 综合系数 设计净雨深度 mm 排水面积 km2 峰量指数 递减指数 53 排水模数公式各参数的地区经验值湖北省 平原湖区 500km2K 0 0135 m 1 0 n 0 201设计暴雨天数3d 500km2K 0 017 m 1 0 n 0 238设计暴雨天数3d河北省 平原地区 1500km2K 0 058 m 0 92 n 0 33200 1500km2K 0 032 m 0 92 n 0 25 100km2K 0 40 m 0 72 n 0 33 54 2 平均排除法 水田 水田蓄 旱 1000 河湖 河湖蓄3 6 设计排水流量 水田 排区内水田面积 旱 排区内旱地 道路 村庄等的面积 河湖 排区内湖泊 河网 沟港等水面面积 设计暴雨量 55 暴雨径流系数 水田蓄 水田允许滞蓄水深 河湖蓄 河流等蓄涝水深 排水天数 d 泵站每天开机时数 h 56 3 调蓄演算法 1 当排水区内有大而集中的湖泊作为蓄涝容积 可全部调蓄设计暴雨产生的径流时 应充分利用湖泊的调蓄能力 减少泵站装机容量 调蓄演算原理 57 图解步骤 根据排水标准相应的设计频率 选择设计代表年内典型降雨过程 按长历时 7 30d 暴雨总量进行年内分配 以时间为模座标 累积产水深度为纵座标 作出暴雨累积产水深度曲线 确定内湖起排水位及其相应的调蓄产水深度 0 0 01000 58 式中 0 内湖死水位至起排水位之间的调蓄容积 总排水面积 确定内湖调蓄水位及其相应的调蓄产水深度 有效1000 式中 有效 内湖起排水位至调蓄水位之间调蓄容积 59 过 0相应的D点作不用的放射线与累积产水深度曲线相割 不同的放射线代表不同的排水过程 它们与累积产水深度曲线之间的纵差即为需由湖泊调蓄的净雨深 取与累积产水深度曲线之间的最大纵差刚好等于 的放射线作为设计累积排水深度过程线 设计排水流量 排湖流量 86 4 m3 s 60 2 当排水区内没有足够大的湖泊可以调蓄全部涝水时 先划分自流入湖面积和抢排面积 然后分别按调蓄演算法和平均排除法计算排水流量 取其大者 抢排面积与自流入湖面积划分 61 第四节城镇排水流量 城市污水排水系统组成示意图1 城市边界2 排水流域分界线3 污水支管4 污水干管5 污水主干管6 污水泵站7 压力管8 污水处理厂9 出水口10 事故出水口11 工厂 62 一 生活污水1 居住区生活污水 1 124 3600 L s 式中 设计人口数 1 居住区生活污水标准 L 人 d 总变化系数 即最高日最高时污水量与平均日平均时污水比值 2 7 0 11式中 平均日平均时污水流量 L s 63 2 公共建筑生活污水公式一 2 0 12 式中 2 计算管段污水设计流量 L s 计算管段内卫生器具的排水当量总数 0 33L s为一个排水当量 由公共建筑类型确定的系数 1 2 2 5 计算管段内排水量最大的一个卫生器具的排水量 L s 64 公式二 2 0 100式中 同类型的一个卫生器具排水流量 L s 0 同类型卫生器具总数 卫生器具同时排水百分数3 工业企业生活污水 3 1 23600 2 33600 L s 65 式中 生活污水时变化系数 2 5 3 0 1 车间最大班职工人数 2 工人生活污水标准 L 人 班 每班工作时数 2 车间最大班淋浴的工人数 3 高温 污染严重车间淋浴污水量标准 40 60L 人 班 66 二 工业废水流量 4 1000 3 3600 L s 式中 3 生产单位产品的平均废水量 m3 单位产品 平均日产量 每天生产时数 h 总变化系数 冶金1 0 1 1 化工1 3 1 5 纺织1 5 2 0 食品1 5 2 0 造纸1 3 1 8 67 三 雨水流量 L s 式中 径流系数综合 加权平均 径流系数 设计暴雨强度 L s hm2 167 1 1 lg 68 1 地方参数 设计暴雨重现期 a 设计降雨历时 min 1 2 1 地面集水时间 min 2 管渠中雨水流行时间 min 折减系数 汇流面积 hm2 69 第五章泵站设计扬程第一节泵站特征扬程 一 特征水位 一 灌溉 供水 泵站1 进水池水位 1 防洪水位 按照泵站工程等级划分所相应频率的洪水位用途 确定泵房电机层楼板 进水侧挡水墙顶部高程 70 2 设计水位灌溉泵站 85 95 河流灌水期日 旬 平均水位供水泵站 95 97 河流供水期日 旬 平均水位用途 确定泵站设计扬程 3 最高运行水位灌溉泵站 5 10年洪水期日平均水位供水泵站 10 20年洪水期日平均水位用途 确定泵站最低扬程 71 4 最低运行水位灌溉泵站 95 97 河流灌水期最低日平均水位供水泵站 97 99 河流供水期最低日平均水位用途 确定水泵安装高程 泵站最高扬程 5 平均水位灌溉 供水 期多年日平均水位用途 确定泵站平均扬程 72 2 出水池水位 1 最高水位 a出水池与输水河道连接 取河道校核洪水位 b出水池与输水渠道连接 取与泵站最大流量相应的水位用途 确定出水建筑物的防洪水位 2 设计水位 按设计流量和供水控制高程 压力 要求推算到进水池的水位用途 确定泵站设计扬程 3 最高运行水位 与泵站加大流量相应的水位 4 最低运行水位 与泵站单泵运行流量相应的水位 5 平均水位 灌溉 供水 期多年日平均水位 73 二 排水泵站1 进水池水位 1 最高水位 10 20年的内涝水位 2 设计水位排区90 95 面积不受涝 由排水渠渠首设计水位推算至泵站进水池的水位当有集中调蓄容积时由内湖设计水位推算至站前 74 3 最高运行水位由排区允许最高涝水位推算到站前的水位当有集中调蓄容积时由湖泊最高调蓄水位推算至站前的水位 4 最低运行水位满足作物对降低地下水位的要求 按大部分耕地的平均高程减去作物适宜地下水埋深再减0 2 0 3m满足调蓄区预降最低水位的要求 75 盐碱地区按盐碱地平均高程减去地下水临界深度再减0 2 0 3m在上述基础上扣除排水渠水力损失作为泵站最低运行水位 是水泵安装高程的确定依据 4 平均水位 取与设计水位同2 出水池水位 1 防洪水位 按建筑物相应等级确定 76 2 设计水位取 5 10年一遇3 5日平均水位 3 最高运行水位当外江水位变幅较小时 取设计洪水位当外江水位变幅较大时 取 10 20年一遇3 5日平均水位 4 最低运行水位取承泄区历年排水期最低水位 5 平均水位取承泄区排水期多年日平均水位 77 二 特征扬程1 设计 净 扬程 进出水池设计水位差2 平均 净 扬程进出水池平均水位之差加权平均 净 扬程 78 3 最高 净 扬程出水池最高运行水位 进水池最低运行水位4 最低 净 扬程出水池最低运行水位 进水池最高运行水位 79 第二节管路损失扬程 一 管路沿程损失1 Darcy Weisbach公式 22 Chezy公式 阻力平方区 Chezy系数 Manning公式 1 1 6水力半径 4可得 124 58 2 1 3 2 10 29 2 5 33 2 80 2 Hazen Williams公式 二 局部阻力损失 22 2 0 083 4 2三 管道总的阻力损失 2 2 81 第四节简单管路泵站需要扬程 82 一 泵站净扬程 泵站的几何提水高度 5 0 5 5 522 0 0 022 5 0式中 5 0 分别为断面5 5 0 0的水面高程 5 0 分别为断面5 5 0 0的大气压力 522 022 分别为断面5 5 0 0的流速水头 83 二 装置扬程 4 1 4 1 4 1 42 122 5 0 池三 水泵扬程1 泵的理论扬程 2 2 1 1 轴流泵 22 sin cos 84 泵的实际扬程 理论扬程 损失扬程外特性 泵出口断面与进口断面之间单位能量差 2 泵在系统中的运行将泵所具有的对水体做功的能力释放出来需要建立水泵扬程与装置之间的联系水泵工作点为水泵扬程曲线与装置需要扬程曲线的交点 85 3 3 322 2 2 222 3 2 3 2 32 222 32 222 管 32 222 管 池 32 222 2 86 87 第六章水泵机组选型与配套 一 离心泵比转数 30 300 30 80低比速 80 150中比速 150 300高比速扬程 20m型式 立式 卧式综合型谱图 第一节水泵类型和规格 88 二 混流泵比转数 180 700扬程 5 30m主要型式 立式 卧式 斜式主要特点 功率曲线平坦 高效区范围较宽 89 三 轴流泵比转数 500 2000扬程范围扬程 10m主要型式 立式 卧式 斜式 90 第二节水泵选型 一 水泵选型原则 安全 经济 高效 方便 1 在设计条件下满足流量 扬程要求2 正常工作在高效区运行3 长期运行过程中泵站效率高 能耗小 费用省4 泵型与台数使建站投资少5 安全可靠 运行稳定6 设备安装 维护方便 便于运行管理 91 二 选型中的几个问题1 泵型选择主要影响因素 扬程 比转速 在参数交叉与重叠时比较制造工艺与运行效率 10m以上 92 2 结构类型泵的结构型式一般与扬程高低有关在满足流量与扬程需要的泵的条件下进行比较不同结构型式影响厂房布置与建站投资和运行管理 93 3 水泵台数 1 当泵站流量相同时 台数少 建站投资省 运行费用低 2 当泵站以供水为主时 台数多 对运行流量的适应性强 可靠性高 3 当考虑备用机组容量时 台数少备用容量大 单位流量的泵站投资大 94 对排水泵站 当 站 4m3 s时 选2台 当 站 4m3 s时 选 3台对供水泵站 当 站 1m3 s时 选2台 当 站 1m3 s时 选 3台对梯级供水泵站 应选配一定数量的小型机组用于流量调节机组备用容量 总容量的15 95 三 水泵选型方法与步骤1 估算水泵总扬程 1 05 1 30 2 根据 初定泵型 并由综合型谱图选择扬程符合的几种水泵型号3 根据泵站设计流量 及不同水泵型号所相应的单泵流量 计算水泵台数 4 将水泵台数与流量过程线进行配合 选择基本满足流量变化需求的水泵台数方案 96 5 进行抽水装置设计并计算水泵工作点 在设计条件下应满足泵站流量与扬程要求 在平均扬程下效率最高6 进行泵站投资估算并计算年运行费用 作技术经济分析与评价 以年计算支出费用最小或总费用最小的方案为最优选型方案 97 第三节电动机与水泵的配套 一 电动机类型选择依据 电动机功率具体办法 1 当 100kW时 一般采用封闭式鼠笼型异步电动机 如Y系列电动机 98 2 当 100 300kW时 可采用双鼠笼型 深槽鼠笼型或绕线型异步电动机 3 当 300 630kW时 可采用强绝缘型异步电动机 选用电容器作为无功功率补偿装置 4 当 630kW时 推荐采用同步电动机注 电动机额定电压优先选用10kV电动机选择时应满足泵站无功功率就地平衡的要求 99 二 电动机配套功率的计算按水泵样本推荐的配套功率选配电动机大型泵站电动机配套功率 根据需要进行计算 1000 泵 传 管 池式中 泵站可能出现的最不利运行工况所相应的泵站扬程与水泵流量 电动机的功率备用系数 配 轴max 100 三 电动机的转速 60 1 四 水泵机组对电机启动特性的要求 一 电动机启动过程中的电流与转矩特性 101 二 起动过程中机组的阻力矩1 泵的水力矩 9550 02 0 0 Nm 2 摩擦力矩起动瞬间 起动过程中 2转差率 0 0 102 3 电机损耗力矩 1 4 机组总的阻力矩 103 三 机组的加速力矩 24 2 60 2375 机组的起动过程 电动机起动特性与机组阻力特性的配合对电动机的启动要求异步启动 1 启动瞬间 1 0 2 全过程 104 牵入同步 3 交点A在牵入同步开始之后总的启动历时 23750 0 105 第四节柴油机与水泵的配套四冲程柴油机工作原理 1 进气行程 进气门开启 排气门关闭 活塞由上止点移至下止点 汽缸容积逐渐增大 气体压力逐渐降低 2 压缩行程 进 排气门同时关闭 活塞从下止点运动至上止点 汽缸工作容积逐渐减小 缸内气体压力和温度升高 温度大大超过柴油的自燃温度 106 3 做功行程 进气门 排气门均关闭 当压缩行程接近终了时 高压油泵将柴油喷入汽缸燃烧室 与空气混合后立即自行点火燃烧 高温高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动 并通过曲柄连杆机构输出机械能 4 排气行程 排气门开启 进气门关闭 活塞从下止点向上止点运动 废气通过汽缸内外压差作用和活塞排挤作用向缸外排出 107 对柴油机工作性能的要求 1 带动发电机工作时 要求转速始终不变或变化很小 而负荷可以从零变化到最大 2 带动水泵工作时 负荷与转速都能在一定范围内按一定规律变化 3 带动应急消防泵或车用柴油机 负荷及转速都能在较大范围内各自任意变化 两者没有依赖关系 108 一 柴油机的性能指标柴油机的特性是指其主要性能指标和工作参数随工况而变化的规律 它们随曲轴转速或负荷变化而变化动力性指标 功率经济性指标 耗油率1 标定功率 1 15min 1h 12h功率 柴油机连续运转所输出的最大有效功率 12h功率为额定功率 铭牌功率 109 2 持续功率 柴油机允许长期连续运转的最大有效功率 是水泵选配柴油机的依据之一2 指示功率 有效功率与机械效率 1 指示功率 柴油机汽缸内气体在活塞上传送的功率 2 有效功率 柴油机曲轴上输送出来的实际功率 3 机械效率 有效功率与指示功率之比 3 耗油率 柴油机小时耗油量与有效功率之比 g kW h 110 二 柴油机特性曲线1 速度特性曲线当油量调节机构 油泵齿条或拉杆 固定在某一位置 使每个循环供油量都一样时 通过改变柴油机的外负荷 使柴油机的转速发生变化测量不同外负荷条件下柴油机有效功率 扭矩 小时耗油量 耗油率等参数 并绘出它们随转速而变化的关系曲线 即为柴油机的速度特性曲线 111 全负荷速度特性曲线 外特性曲线 供油量为柴油机发出标定功率所相应的供油量 6300型柴油机外特性曲线 112 部分负荷速度特性曲线 113 2 调速特性曲线当柴油机调速器随负荷变化自动调节供油量时 转速 扭矩 小时耗油量 耗油率等随功率而变化的特性 114 在一定的负荷范围内 使转速 的变化较小 不致造成 飞车 或 熄火 稳定调速率 考核 3 负荷特性曲线在保持柴油机转速不变的情况下 改变负荷时 柴油机主要性能参数随负荷变化而变化的关系 115 116 4 万有特性曲线以转速为横坐标 平均有效压力或有效功率为纵坐标 耗油率为参数的柴油机性能曲线 117 三 柴油机与水泵的共同工作柴油机工作点计算水泵轴功率 0 03 3柴油机工作负荷 传 0 03 传 3 118 四 柴油机的选型1 计算柴油机的配套功率 按12h功率或持续功率初选2 确定水泵工作范围3 确定柴油机的允许工作范围 119 4 确定柴油机的实际工作范围 120 第五节传动设备一 直接传动二 齿轮传动三 皮带传动四 液压传动 5 校核柴油机实际工作范围 柴油机实际工作范围的校核 121 第七章泵房 第一节泵房型式选择一 泵房型式固定式 分基型 干室型 湿室型 块基型移动式 泵船 泵车 122 一 固定式泵房1 分基型结构特点 机组基础与泵房基础分开适用场合水源水位变幅 效吸中小型卧式离心泵 混流泵地基条件较好 123 2 干室型结构特点 机组基础与泵房基础浇筑成一个整体 在泵房下部形成干室适用场合 效吸 立 卧式离心泵 地基条件较差 124 3 湿室型结构特点 将泵房下部建成为一个可以进水的湿室 起进水池的作用适用场合 水源水位变幅较大 中小型立式混 轴流泵 地基条件差 125 4 块基型结构特点 将机组基础 进水流道 泵房基础浇筑在一起 形成块状基础适用场合水位变幅大 大型混 轴流泵 1200mm 地基条件差 126 二 移动式泵房1 泵船 127 2 泵车 128 二 泵房型式的选择 1 主要影响因素泵的类型 允许吸程 进水侧水位变幅 地质条件与水文地质条件等泵的有效吸程 效吸 允吸 效吸2 泵房型式的变异机组斜式安装的分基型泵房圆筒干室型泵房排架式湿室型泵房贯流式块基型泵房 129 第二节泵房布置 一 安装卧式机组的泵房 一 设备布置1 主机组布置 1 一列式布置 2 交错式布置 3 平行一列式布置 130 2 配电设备布置配电设备 泵站用高 低压开关柜布置方式 一端式布置一侧式布置布置要求满足运行维护操作空间的要求满足防水防潮的要求3 检修间布置平面尺寸按最大设备解体后能正常装配来设计一般取为泵房一跨的长度 与配电间相对布置 131 4 交通道布置沿泵房长度方向 靠出水侧 宽度为1 5m5 充水系统布置充水系统 抽真空设备及抽气管道与泵相连以不增加泵房面积为原则6 排水系统布置排除泵房内运行产生的漏水 对大型泵站检修前需要通过排水系统排除流道内的水体排水沟沿机组基础布置并汇入集水井 用排水泵通过穿墙管将水排至前池 132 块基型泵房布置 电机层 驱动主泵 电动机 配电设备 调节叶片角度和刹车的油压装置 吊物孔 楼梯孔 联轴器层 布置油 气 水管道 及电缆 水泵层 安装检修主泵 供水泵 排水泵 进水流道层 进水流道 排水走廊 133 二 泵房尺寸的确定1 泵房跨度 134 135 3 泵房高度控制高程 泵 由进水池最低水位确定 地 进水池最高洪水位 泵房外地面高程 0 5m 136 二 安装立式机组的泵房 一 主泵房1 主机组布置及主泵房长度布置形式 一列式布置主泵房长度 由进水流道宽度计算泵房长度 按电动机安全间距及水泵层拆装所需空间进行校核 1 2 1 5m式中 机组的台数 电动机最大外径 137 138 2 电机层设备布置及泵房宽度布置 主电动机 配电设备 油压装置等设备 吊物孔 楼梯孔电机层泵房宽度 3 联轴层设备布置及宽度布置 联轴器 油气水管道 进水侧架空布置 及电缆 电机层楼板下的电缆沟内 宽度 与电机层同宽 139 4 水泵层设备布置及宽度确定除布置主水泵外 还要布置供水泵 靠进水侧 和排水泵 靠出水侧 140 5 流道层布置进水流道与排水廊道 进水流道的尺寸根据水力设计来确定6 泵房各层高程的确定 1 水泵安装高程 安 低 2 各部高程 二 辅机房与真空破坏阀室根据设备布置情况来设计 141 第三节泵房整体稳定校核 一 干室型泵房整体稳定校核 一 抗浮稳定 浮 抗浮力浮托力 浮 浮计算工况 土建完成 机组未安装 四周无回填土 泵房受设计最高水位浮托 浮 泵房淹没于水下同体积的水重 泵房土建部分自重 142 二 地基应力 1 6 2 要求 0受偏心荷载作用时 1 2 或 计算工况 泵房土建完毕 机组已安装 进水侧为最低水位 143 二 湿室型泵房整体稳定校核 一 抗渗稳定防渗长度 式中 勃莱渗径系数抗渗稳定校核即为地下轮廓线的设计 144 二 抗滑稳定分析 滑 抗滑力滑动力 滑计算工况 设计运行工况 校核运行工况三 块基型泵房稳定校核 一 地下轮廓线设计 二 整体稳定校核1 计算工况 1 竣工情况 2 设计情况 3 校核情况 4 止水失效情况 145 2 校核内容 1 抗滑稳定计算表层滑动计算深层圆弧滑动 2 地基应力校核与沉降量计算计算方法 单向压缩分层综合法 允许最大沉降差 15cm 146 第九章进出水建筑物 第一节前池的类型与池中流态分析1 正向进水前池 流态影响因素 主要是水流扩散角 147 水流扩散角分析tan 1 0 2 d 0 94 修正 0 94 1 148 tan Fr水流的自然扩散角 tan 1 Fr经验公式 tan 0 0651 0 107 0 204 0 107若Fr 1 临界流 则tan 0 172 9 75 149 前池中回流引起的泥沙淤积2 侧向进水前池 流态影响因素主要是引渠的末端流速u 前池形状 机组运行组合 150 引渠末端侧向进水前池 151 侧向进水前池中流态分布实例 二 正向进水前池尺寸确定1 前池扩散角 2 152 2 前池长度直线扩散 2tan 2 153 4 前池中的隔墩 154 三 侧向进水前池的边壁形式侧向进水前池加导流墩 155 第二节进水池 一 进水池中的流态对水泵性能的影响 一 旋涡对水泵性能的影响进水池内流动分析 156 1 表面旋涡 a凹陷涡b间断涡c连续涡d同心涡表面旋涡进气对泵性能的影响 进水池水位下降 表层水流加速 流态紊乱 在进水管后侧出现凹陷漩涡 水位进一步降低 凹陷加深 逐渐变成漏斗状 靠近吸水口时 使泵内进气 性能恶化 效率扬程下降 157 2 附壁旋涡设计不合理时 池内流速不均匀 池壁和池底产生局部压降 产生涡带附着在池壁 涡带将气体带入泵 气泡到达高压区破裂产生周期性的振动和噪音 影响泵性能并缩短寿命 158 二 回流对水泵性能的影响回流与叶轮转动方向相同时 水泵扬程效率功率都下降 回流与叶轮反向时 相当于增加了叶轮转速 泵扬程功率增加 甚至可能导致动力机过载 但效率下降 159 二 进水池形状 进水池的标准形式 160 进水池的边壁形式 进水池各种边壁形式 a 矩形 b 多边形 c 半圆形 d 圆形 e 马鞍形 f 蜗壳形 161 进水池边壁形式与进水阻力损失a矩形边壁最常见 在拐角和水泵后壁易产生漩涡 也容易受前池流态影响 在池中产生回流 b多边形和半圆形对消除拐角漩涡很有好处 但仍易生成回流 圆形水池有较好受力条件 也省材料 也易产生回流 池中水流紊乱 对泵性能影响大 但紊乱有助于防止淤积 c马鞍形和蜗壳对防止涡流回流都有利 但设计施工麻烦 仅用于大型轴流泵站 162 三 进水池尺寸的确定1 喇叭管直径 进 1 3 1 5 1 进 1 0 1 5m s 2 进水池宽度 2 5 进3 悬空高 0 5 0 8 进 163 4 管口上部淹深 临淹 进临界淹没系数经验公式 1 西工大公式 0 64 0 65 进 0 75 适用条件 0 3 1 8正值吸水离心泵或混流泵 164 2 日 近藤正道公式 0 5 进 1 3 进 0 4适用条件 0 5 进 进 150mm修正 0 5 进 1 3 进 0 4 165 3 美国水力协会公式 淹 2 5 0 35 0 37 0 5同时给出了如下尺寸 侧向进水时进口拦污栅至后墙距 机组中心距 后墙至管口中心距 166 5 进水池长度水下容积满足水泵起动要求 式中 秒换水系数 s 30 50规范规定 进口 管中心 4 进 167 6 安全超高 1 大型泵站考虑停机引起的涌浪 02 76 0 01 0 2 根据风浪的影响计算进水池超高 0 2 0 4 22 cth 168 进水池尺寸确定总结 1 喇叭管D进 1 3 1 5D V进 1 0 1 5m s 2 进水池宽度B 2 5D进 3 悬空高P 0 5 0 8D进 4 管口上部淹没深度h临淹 KsD进 Ks 0 64 Fr 0 65T D进 0 75 Fr V V gD进 取0 3 1 8 5 进水池长度Lg KQ Bh K取30 50 Lg大于4D进6 安全超高 h要考虑风浪和停泵涌浪 169 第五节出水建筑物 一 出水池 作用 出水池连接压力管道和干渠 起消能稳流的作用 二 压力水箱压力水箱多用于排水泵站 位于出水管道和压力涵管之间 将管道来水汇集再由管道排至容泄区 出水池类型 按水流方向划分 正向出水池 侧向出水池 170 按出流方式划分 淹没出流 自由出流 虹吸出流 171 二 出水池中水流运动状况分析管口水平出流 172 管口向上倾斜管口向下倾斜 173 三 出水池各部分尺寸的确定1 正向出水池 1 池长水面旋滾法 之一 淹0 5 7 0 0 52 41 0 5 2 174 水面旋滾法 之二 俄罗斯 特瑞卡柯夫 淹max系数 查表淹没射流法 3 58 0 渠2 10 41 0 175 2 其它尺寸管口下缘至池底的高度 10 20cm管口上缘最小淹深 淹min 1 2 022 出水池宽度 2 3 0出水池底板高程 底 低 淹min 0 池顶高程 顶 高 176 177 2 侧向出水池 1 池宽 1 4 5 0 2 1 0 2 池长 2 1 四 出水池与干渠的连接过渡段 2tan 2 护砌段 4 5 max 178 第十章进出水管道 一 进水管的作用与设计要求作用 将水流引向水泵进口 设计要求 1损失小 考虑管道效率与泵的安装高程2为水泵进口提供的水流流态良好3不存气 不进气 进水管设计不合理后果 1增加水管阻力损失 降低泵安装高程和管路效率 增加工程投资及运行费用 2水泵叶轮进口流速压力分布不均匀 效率降低 增加能耗 3管内进气存气 引起机组振动 降低装置效率 第一节进水管道 179 二 进水管布置与设计1 管道直径确定比泵进口大一级流速控制在1 5 2 0m s 0 92 0 8 2 进口型式选择 影响进口阻力损失 180 3 进水管的布置 181 第二节出水管道 一 出水管的工作方式1 单机单管 100m2 多机并联 300m当泵站流量 2 5 3 0m3 s 并联后管道条数 2 182 二 管线选择泵房布置与管道输水方案 183 管线布置原则 安全可靠 经济合理 泵站高效具体布置方案 垂直于等高线 减少转弯与曲折 尽量避开填方与坍陷地带 管线在最小压坡线以下 变坡 转折 点设置空气阀 采用变坡布置 减少挖压占地与挖方量 避免山洪威胁 184 负压的消除 185 三 管径计算经验管径控制流速为 2 5 3 0m s 13 mm 当 120m3 s时 11 5 mm 当 120m3 s时经济管径年费用 年耗电费 1 年生产费 2 Min 所相应的管径 186 年运行电费计算 1 1000 管道年生产费 2 四 管道铺设暗式铺设 埋于地下 便于保护 但维护困难明式铺设 便于维护 但需要防冻 187 第五节泵站水锤分析 一 水锤的基本概念水锤 管道内的一种非恒定流现象 是由于流速急剧变化引起压力急剧变化的过程水锤以压力波的形式在管内传播水锤波的传播速度 14251 m s 188 停泵水锤工况分析 无逆止阀1 水泵工况 停电后 水泵和管中水流由于惯性作用将继续沿原有方向运动 但速度逐渐减小 压力降低 直到水流速度由V0降至0 2 制动工况 瞬态静止的水 由于受重力或静水头作用开始倒流 回冲水流对仍在正转的水泵叶轮起制动作用 叶轮转速逐渐降低 直到为0 这一阶段由于水流受到正转叶轮阻碍 管路内压力升高 3 水轮机工况 随着倒泄流量加大 水泵反转 并逐渐加速 由于静水头压力恢复 泵中水压上升 倒泄流量很快达到最大值 倒转速度上升 随后倒泄水量减小 转速降低 最后在稳定的出水池净水头作用下 机组以恒定的转速和流量稳定运行 机组在无负载下空转 输出转矩M 0 这一稳定转速称为飞逸转速 从开始反转到达到飞逸转速的这阶段为水轮机工况 189 二 事故停泵水锤事故停泵引起的水锤波的形成 传播与反射 190 水泵在事故停泵过程中的工作过程 191 三 事故停泵水锤的计算 图解法 1 水锤共轭方程顺行波 直射波 1 2 2 1 2逆行波 反射波 3 4 2 3 4式中 0 0 02 0 0 192 2 水泵边界 1 水泵的全特性水泵八种可能的运行工况全面反映水泵工况的性能曲线 1 坐标下的全特性 泵的四象限特性曲线 2 坐标下的全特性 Knapp圆图 193 泵的四象限特性曲线 194 195 泵的全特性 Knapp圆图 196 2 机组转子惯性方程 2375d d 1 375 2 1 2 用无量纲表示 1 375 2 0 1 2 197 将 9550 0代入 有 1 375 2 0 1 2 1 179062 2 02 1 1 1 3 出水池边界 0 02 0 1 2 198 4 图解过程 199 四 水锤防护手段防止负压 调压水箱 空气罐 装飞轮 防止升压 水锤消除器 爆破膜片 缓闭阀 200 第十一章