第四章给水泵站(二)幻灯片.ppt

第四章给水泵站 4 4水泵机组的布置与基础4 5吸水管路与压水管路4 6泵站水锤及其防护4 7泵站噪声及其消除4 8泵站中的辅助设施4 9给水泵站的节能4 10给水泵站的SCADA系统4 11给水泵站的土建要求4 12给水泵站的工艺设计 4 4水泵机组的布置与基础 4 4 1水泵机组的布置机组间距 不妨碍操作和维修为原则 1 纵向排列 即各机组轴线平行单排并列 适用于IS型单级单吸悬臂式离心泵 机组之间各部尺寸要求 水管外壁和墙壁净距A A 最大设备的宽度加1m 但A 2m 水管与水管之间的净距B B 0 7m 水管外壁与配电设备的安全操作距离C 当为低压配电设备时C 1 5m 高压配电设备C 2m 水泵外形凸出部分 基础 与墙壁的净距D D 1m 电机外形凸出部分 基础 与墙壁的净距E E 电机轴长加0 5m 但不宜 3m 水管外壁与相邻机组的突出部分的净距F F 0 7m 1m 如电机容量大于55kW时 F应不小于1m 2 横向排列适用侧向进 出水的水泵 如单级双吸卧式离心泵Sh型 SA型水泵 机组之间各部尺寸要求 水泵凸出部分 基础 到墙壁的净距Al A1 最大设备的宽度加1m 但A1 2m 出水侧水泵基础与墙壁的净距B1 Bl不宜小于3m 进水侧水泵基础与墙壁的净距Dl Dl不宜小于1m 电机凸出部分与配电设备的净距C1 C1 电机轴长十0 5m 但是 低压配电设备Cl 1 5m 高压配电设备C1 2 0m 水泵基础之间 电机与水泵凸出部分 的净距E1值与C1要求相同 E1 C1 为了减小泵房的跨度 也可考虑将吸水阀门设置在泵房外面 3 横向双行排列适用在泵房中机组较多的圆形取水泵站 可节省基建造价 这种布置形式两行水泵的转向相反需配置不同转向的轴套止锁装置 4 4 2水泵机组的基础卧式水泵均为块式基础 其尺寸大小一般均按所选水泵安装尺寸所提供的数据确定 对于小泵 基础长度L 底座长度L1十 0 15 0 20 m 基础宽度B 底座螺孔间距 在宽度方向上 b1十 0 15 0 20 m 基础高度H 底座地脚螺钉的长度l1十 0 15 0 20 m 对于不带底座的大 中型水泵 可根据水泵或电动机 取其宽者 地脚螺孔的间距加上0 4 0 5m 基础高度确定方法同上 基础高度校核 基础的总重量应大于机组总重量的2 5 4 0倍 4 4 3布置机组小结 相邻机组的基础之间应有一定宽度的过道 方便检修 泵站内主要通道宽度应不小于1 2m 辅助泵 排水泵 真空泵 通常安置于泵房内的适当地方 尽可能不增大泵房尺寸 4 5吸水管路与压水管路 4 5 1对吸水管路的要求 不漏气 管材一般采用钢管 密封性胜于铸铁管 不积气管路安装 淹没深度h 不应小于0 5 1 0m 否则应安装隔板 吸水管的进口到井底距离 不应小于0 8D 吸水管喇叭口边缘到井壁距离0 75 1 0D 吸水喇叭口之间距离 不吸气 底阀 水下式 易损坏 需经常检修更换 水上式 使用效果好 安装检修方便 使用条件 吸水管路水平段有足够的长度 水上式底阀 1吸水管 2底阀 3滤罩 4工作台 不锈钢底阀 例 设水泵安装高度为4m 底阀距离吸水池中最低水位为3 5m 试计算该水上式底阀正常工作所需的吸水管水平段L1的长度 米 带入计算可得L1 2 33m 考虑到馆内的水头损失和泵密封装置漏气以及底阀本身的水头损失 还需要乘以修正系数K 其值见下表 如果忽略水头损失 又因为底阀前后的管径相同 所以可以用L1 L2来代替V1 V2 因此 解 因为水泵的安装高度4m 则得水泵吸水口允许的最低压强为0 6atm 设L1段内的压力为P1 容积为V1 L2段内的压力为P2容积为V2 按波义耳定律 因此L1长度应为 L1 2 5 2 33 5 8m 取6m 吸水管中的设计流速建议数值 管径小于250mm时 为1 0 1 2m s 管径等于或大于250mm时 为1 2 1 6m s 在吸水管路不长且地形吸水高度不很大的情况下 可采用比上述数值大些的流速 如1 6 2 0m s 例如水泵为自灌式工作时 则吸水管中流速就可适当放大 4 5 2对压水管路的要求 坚固而不漏水 通常采用钢管 采用焊接接口 方便检修 可设置法兰连接 安全 橡胶接头 止回阀 操作方便 直径 400mm 电动 水力闸阀 波纹管伸缩节 法兰式伸缩节 法兰 法兰 止回阀不允许水倒流的给水系统中应设置止回阀 一般在以下情况下设置止回阀 井群给水系统 输水管路较长 突然停电后 无法立即关闭操作闸阀的送水泵站 吸入式启动的泵站 管道放空后 再抽真空困难 遥控泵站无法关闸 多水源 多泵站系统 管网布置位置高于泵站 如无止回阀时 在管网内可能出现负压 止回阀安装位置 水泵与压水闸阀之间优点 检修时 防止水倒灌 水泵启动时 阀板受力均衡 缺点 压水闸检修时需放空 压水管路的设计流速为 管径小于250mm时 为1 5 2 0m s 管径等于或大于250mm时 为2 0 2 5m s 上述设计流速取值较给水管网设计中的平均流速要大 因为泵站内压水管路不长 流速取大一点 水头损失增加不多 但可减少管子和配件的直径 降低基建投资 三台水泵时吸水管路的布置 4 5 3吸水管路和压水管路的布置1 吸水管泵站内吸水管一般没有联络管 如必须减少吸水管条数而设联络管时 则应设置必要的闸阀 保证泵站正常工作 2 压水管 能使任何一台水泵及闸阀停用检修而不影响其他水泵的工作 每台水泵能输水至任何一条输水管 检修闸阀1时 两泵一管工作 检修闸阀2时 一泵一管工作 但图a较图b具有明显的节能效果 保证两台泵向一条输水管送水 将闸阀1设置在联络母管的延长线上 减小泵房的跨度 由此可以看出 压水管上闸阀的设置主要取决于供水对象对供水安全性的要求 三台水泵时压水管路的布置 4 5 4吸水管路和压水管路的敷设保证使用和修理上的便利 1 管道外壁距离 0 4 0 5m 2 必要的地方设置支墩及拉杆 来承受管路压力造成的推力 不允许这些推力直接传递给水泵 3 放水口 供放空管路之用 4 水管敷设 设置地沟 将压水或吸水管埋于地沟中 或设于机器间下的地下室中 或设于泵站地面上 5 必须埋设在冰冻线以下 防腐防震 6 不宜架空 必须架空时应设支架或支柱 但不妨碍通行 7 不允许将管路架设在电气设备的上方 以避免管路漏水或凝露时影响电气设备安全 管径小于500mm 管径大于500mm 上海居家桥水厂送水泵房 立式泵站 即将改造的引滦入塘泵站机组 4 6泵站水锤及其防护 4 6 1停泵水锤1 水锤 在压力管道中 由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象 称为水锤 又叫水击 2 停泵水锤 指水泵机组因突然失电或其他原因 造成开阀停车时 在水泵及管路中水流速度发生递变而引起的压力递变现象 一列火车前进过程中 机车突然刹车 车厢由于惯性继续前进 第一节车厢撞击机车 压缩缓冲弹簧 第一节车厢停止 第二节车厢撞击第一节车厢 压缩缓冲弹簧 火车停止 此时火车是否真的停止了呢 不是 这只是一种瞬时状态 弹簧被压缩具有弹性恢复力 最后一节车厢首先后退 倒退依次进行 直到第一节车厢倒退 此时火车除了机车以外 处于倒退状态 此时由于机车静止 当列车退到一定程度以后 第一节车厢的缓冲弹簧受到拉伸 车厢减速并逐渐停止后退 这种情况依次发生 直到最后一节车厢也停止 此时的车厢比刹车时车厢的位置更靠后 整列车的缓冲弹簧都处于拉伸状态 所以这种静止也是瞬时状态 于是列车车厢又开始前进 如此反复 直到能量被消耗完毕列车处于静止状态 3 发生停泵水锤的原因 电力系统或电气设备发生故障 雨天雷电引起突然断电 泵机组突然发生机械故障 自动化泵站中由于管理不善或误操作 4 停泵水锤的主要特点 突然停电 泵 后 水泵工作特性开始进入水力暂态 过渡 过程 其第一阶段为泵工况阶段在此阶段中 由于停电主驱动力矩消失 而机组由于惯性作用仍继续正转 但转速降低 机组转速的突然降低导致流量减少和压力降低 先在泵站处产生压力降低 此压力降以波 直接波或初生波 的方式由泵站及管路首端向末端的高位水池传播 并在高位水池处引起升压波 反射波 此反射波由水池向管路首端及泵站传播 首先发生减速减压 关阀水锤 关阀水锤产生的水锤波在管路中的传播 反射与相互作用与停泵水锤完全相同 它们的区别在于关阀水锤首先发生减速增压 断电后的最初瞬间 水泵靠惯性继续工作 以逐渐减慢的速度继续向高位水池供水 然后流速逐渐降至零 但这种状态是不稳定的 在重力作用下 管路中的水又开始倒流 速度逐渐增大 后面的技术特点应视压水管路上是否有止回阀而不同 5 不同水泵系统的停泵水锤 在水泵出口处有止回阀的情况 有阀系统 停泵水锤暂态过程线 a 停泵水锤暂态过程线 在水泵压出口无普通止回阀 无阀系统 水倒流时 水管会被泄空 水泵机组在变水头情况下反转 如果水泵机组惯性很弱 在反向水流到达泵站前 水泵机组已停止转动 这时 就不存在第 制动工况阶段 在水泵压出口有无普通止回阀的比较 泵管路系统中的水柱分离现象和断流 弥合 水锤 水柱分离 管路中某处的压力降到当时水温的饱和蒸气压以下时 水发生汽化 破坏水流连续性 造成水柱分离 又叫水柱拉断 而在该处形成 空腔段 断流 弥合 水锤 当分离开的水柱重新弥合时或 空腔段 重新被水充满时 由于两股水柱间的剧烈碰撞会产生压力很高的 断流 弥合 水锤 靠近泵站处压力降较大 而在压水池附近压力降较小 在AB C的布管方式中最低压力EFR标高恒高于管线标高 即在管路内压力恒大于大气压 在ABC布管方式中 有很大一段管线标高高于最低压力线标高 即在 1 2 管段内出现了真空 而最大真空值发生在管路B点 断流水锤危害性 其升压值比一般水锤的升压要大 断流水锤发生点 图中陡转点B点 在平缓的管路中 正常流速过大 机组惯性又小 突然停电也可能发生水柱分离和断流弥合水锤 4 6 2停泵水锤计算综述 自学 4 6 3停泵水锤防护措施 防止水柱分离 管路布置 调压塔 防止升压过高的措施 设置水锤消除器 设空气缸 采用缓闭阀 取消止回阀 水锤消除器 下开式水锤消除器1 阀板 2 分水锥 3 重锤 4 排水口5 三通管 6 压力表 7 放气门 8 闸阀 设空气缸 采用缓闭阀工作原理 通过缓闭 减少管路系统中水的倒流和消除水锤压力波动 取消止回阀需进行停泵水锤计算采取相应措施a 在输水管线上设补气阀 管路形成负压时可自动充气 b 在输水管线出口设一轻质拍门 c 防止泵的轴套退扣d 容易误操作时可采用连锁控制防止误操作事故的发生 4 7泵站噪声及其消除 4 7 1噪声的定义1 物理学观点 噪声就是各种不同频率和声强的声音无规律的杂乱组合 2 生理学观点 凡是使人烦噪 讨厌 不需要的声音都叫噪声 4 7 2泵站中的噪声源1 工业噪声空气动力性噪声 机械性噪声 电磁性噪声 2 泵站中的噪声源 电机噪声 泵和液力噪声 由流出叶轮时的不稳定流动产生 风机噪声 阀件噪声和变压器噪声等 其中电机转子高速转动时 引起与定子间空气振动而发出的高频声响为最大 4 7 3噪声的危害 可以造成职业性听力损失 噪声性耳聋 强度大 频率高 持续时间长容易引发 噪声引起多种疾病 头疼 脑涨 昏晕 耳鸣 多梦 失眠 心慌 全身乏力 还会引起消化系统 心血管损害 噪声影响正常生活 噪声降低劳动生产率 4 7 4泵站内噪声的防治 吸音 消音 隔音 隔震 吸音 两种常见的吸音材料 消音 消声器是市场上供应的商业化设备 是当空气通过时能限制由空气配给设备产生出来的噪音 泵房中一般用于单体机组 在出口处形成强烈共振 消除声能 采用多种吸声材料 将声能转化为热能 隔音隔音通常采用密实 沉重的材料 如砖墙 钢筋混凝土 钢板 木板等 隔振振动是波动的一种形式 水泵机组产生的振动 传给基础 地板 墙体等 以弹性波的形式沿房屋结构传到泵房内 以噪声的形式出现 也称为固体噪声 4 7 5常见的泵站噪声及其消除1 经空气传递的管道噪因 采用较大半径的弯管以减低管壁的振动 配备坚硬座架固定管道弯头以减低管道振动 采用较大管径或使水流速低于2m s 以减低管道振动 2 经空气传递的水泵机组造噪音 4 8泵站中的辅助设施 4 8 1计量水厂泵站中常用的计量设施有电磁流量计 超声波流量计 插入式涡轮流量计 插入式涡街流量计 以及均速流量计等 流量计的工作原理 基本上都是由变送器 传感元件 和转换器 放大器 两部分组成 传感元件在管流中所产生的微电讯号或非电讯号 通过变送 转换放大为电讯号在液晶显示仪上显示或记录 电磁流量计 WL 1A型超声波明渠流量计 E 产生的电动势 V B 磁力线密度 Gs Q 导管内通过的流量 m3 s D 管径 m v 导体通过导管的平均流速 m s 1 电磁流量计 工作原理利用电磁感应定律当被测导电液体 在管内以平均速度v切割磁力线时 便产生感应电势 感应电势与磁力线密度和导体运动速度成正比 即 电磁流量计的特点 其传感器结构简单 工作可靠 水头损失小 且不易堵塞 电耗少 无机械惯性 反应灵敏 可以测量脉动流量 流量测量范围大 低负荷亦可测量 而且输出讯号与流量成线性关系 计量方便 测量精度约为土1 5 安装方便 重量轻 体积小 占地少 价格较高 怕潮 怕水浸 电磁流量计的选择流量计的测量量程应比设计流量大 一般正常工艺流量为量程的65 80 而最大流量仍不超过量程 例 设计管道直径为700mm 设计流量为1500m3 h 就可以选用LD 600型电磁流量计 其量程范围为0 2000m3 h 在这种情况下 正常工作时最大流量为最大量程的75 电磁流量计的安装 电磁流量计的安装环境 周围环境温度为 25 60 尽量远离大电器设备 如电动机 变压器等 以避免电磁场干扰 从流量计电极中心起在上游侧5D范围内 不要安装影响管内流速的设备配件 如全开式闸阀 弯头 三通等 不同开度的阀则需要10D距离 下游一般无要求 对于地下埋设的管道 电磁流量计的变送器应装在钢筋混凝土水表井内 在流量计的下游侧安装伸缩接头 以便于仪表的拆装 2 超声波流量计 自学 超声波流量计 3 插入式涡轮流量计 自学 插入式涡轮流量节 4 插入式涡街流量计 自学 插入式涡街流量计 5 均速管流量计 自学 均匀管流量计 4 8 2引水1 水泵的工作有哪两种方式 自灌式和吸入式 2 什么类型的泵站宜采用自灌式 装有大型水泵 自动化程度高 供水安全要求高的泵站 3 吸入式工作时 启动前必须引水 吸水管带有底阀 人工引水 只适用于小型的临时性泵站 用压水管中的水倒灌引水 如压水管中一直有水 且水压不大时可直接打开闸阀将水倒灌入吸水管路中 如水压较大 且有止回阀时必须设旁通管引水 中小型泵站采用较多 D 300mm 水泵从压水管引水 吸水管不带底阀 真空泵引水 水射器引水 水射器引水 4 8 3起重 起重设备的选择泵房中必须设置起重设备以满足机泵安装与维修需要 常用的起重设备有移动吊架 单轨吊车梁和桥式行车 包括悬挂起重机 起重量可作为设计时的基本依据 查表可得 起重设备布置起重机的设置高度 能越过最高设备至出口或汽车起重机的作业面 固定吊钩只能服务一点 单轨吊车服务一条线 桥式行车服务一个面 点 线 面 U型单轨吊车梁布置图1进水阀门 2出水阀门 3单轨吊车梁 4大门 桥式行车工作范围1进水阀门 2出水阀门 3吊车边缘工作点轨迹 4死角区 单轨吊车 桥式行车 桥式行车 桥式行车 4 8 4通风与采暖1 通风 自然通风 地面泵站 机械通风 地下式或电机功率大时采用 抽风式 排风式 对于埋深大 机组容量大自然进冷风不足时 可采用两套机械通风装置 2 采暖在寒冷地区 泵房应考虑采暖设备 泵房采暖温度 对于自动化泵站 机器间为5 非自动化泵站 机器间为16 辅助房间室内温度在18 以上 4 7 5其它设施1 排水2 通讯3 防火与安全 4 9给水泵站的节能 4 9 1给水泵站的节能设计通常情况下泵站是依据流量 扬程及其变化规律来进行设计的 但实际设计过程中我们往往很难掌握这些变化规律 传统的泵站设计方法主要考虑最不利工况点的要求 但对泵站工况的变化适应性较差 造成了能量的极大浪费 泵站节能设计就是在满足现有规范的条件下 为今后运行中的实际工况的变化 在设计阶段就根据现有的技术经济条件 考虑适当的节能措施 主要包括 泵型的合理选择 调速装置的采用 切削叶轮 管道经济管径的确定 低能耗阀件的采用 选泵是泵站节能的基础 应建立水泵数据库 存储泵的型号 流量 扬程 轴功率 配用功率 效率 出口口径 转速 气蚀性能 安装尺寸 生产厂家等信息 流量 扬程 最不利工况点 当泵站工况变化很大时 我们单靠泵的组合很难达到节能的要求 此时就必须采用调速和切削叶轮的方式来运行 1 给水泵站的运行方式 水泵全速直联供水方式送水泵站的加压泵 不通过任何的中间工艺设备直接将清水池的水供给用户 是一种简单 实用 经济的送水方式 假设泵站水泵为两台 一用一备 最高日最高时水量为Qa 日最低水量为0 水量的变化范围为0 Qa 则水泵在全速直联供水方式下的工作状况 如图1所示 调速和切削叶轮 此方式泵站的供水量调节 是通过改变管道系统的特性曲线来实现的 供水压力随着流量Q在Ha Hmax间变化 图1 水泵全速直联供水方式 微机控制水泵变频调速恒压供水方式微机控制水泵变频调速恒压运行是目前二次加压泵站供水工艺中广泛采用的运行方式 该方式通过改变水泵的转速来满足小区内供水量需求的变化 不仅保持了恒压供水 而且大大降低了泵站的电耗 其工况如图2所示 2 给水泵站的调速运行 考虑调速装置后的选泵原则 为了适应各种工况变化 宜采用调速泵与定速泵联合运行 仍以最不利工况作为选泵依据 在绝大多数情况下 定速泵与调速泵均应工作在高校段内 调速泵一般不宜上调 下调时 其转速不能过低 调速泵的转速一般控制在其额定转速的50 以上 当采用调速装置后 泵站内的泵型号不宜超过两种 调速泵按主力泵考虑 一般均配置两台 选泵方法 设一送水泵站 最高日最高时供水量为Q 扬程为Hp 现拟采用变速泵与定速泵联合供水 选用两台调速泵额定流量为Q1 选用定速泵n台 其额定流量为Q2 泵站在不同工况下的运行情况见下表 工况 调速泵的最小流量为Qmin 当Qmin较小时 调速泵的最小流量就比较小 此时可辅以闸阀调节 工况 要求Q1 Q2 Q1 2 即Q1 2Q2 工况 已经满足调速泵最小流量Q1 2大于等于其额定流量的一半 工况 只要满足Q1 2Q2 恒有Q1 Q2 2 Q1 2 因此Q1 2Q2成为选泵的控制条件之一 2Q1 nQ2应大于管网最高日最高时流量Q 通常情况下取Q1 2Q2 送水泵站一般实行出口恒压控制 故泵的扬程基本不变 即H Hp 根据以上论述我们知道选泵的控制条件为 解方程时 我们可以先给出几个n值 获得相应的几个方案 再结合泵的样本及参数 经技术经济比较后确定最佳方案 如果调速泵与定速泵型号一致泵站在不同工况下的运行情况如下表 此时选泵的控制条件为 选泵方法同前 选泵后应校核在各个工况时调速泵与定速泵是否再高校段内 若不在高效段 则应重新选泵 4 9 2给水泵站的节能运行与改造1 电动机 正确配套的电机负荷应在0 8以上 负荷率低于0 5应更换 电机绝缘性能降低电机停机24小时后定子绕组对地绝缘电阻 低压电机小于0 5M 6KV电机小于6M 绕组的主绝缘明显变脆 2 水泵 决定泵是否更新改造的条件是 定期测定泵的性能 主要是Q H曲线和Q 曲线 若与水泵样本相差很多时应更新改造 测定泵的性能低于国家规定的标准时应进行更新改造 见表4 13 4 14 4 15 4 16 流量变化与季节有明显关系时 不同季节可以采用不同的叶轮来满足流量变化的要求 深井泵 地下水位变化已超出深井泵范围时需要更新改造 4 10给水泵站的SCADA系统 自学 4 11给水泵站的土建要求 4 11 1一级泵站一般建成地下式的 施工采用 因为要承受土压和水压 泵房筒体和地板要求不透水 同时应具有一定的自重以抗浮力 工程造价较高 所以充分利用空间 吊车布置困难 可做成下圆上方 底板采用钢筋混凝土 水上采用砖墙 闸阀井设在泵站外 同时应考虑扩建问题 4 11 2二级泵站地面式或半地下式 土建与供电要一并考虑 土建费用较少 电费较高 应着重考虑节能 4 11 3循环泵站考虑有必要的备用率和安全供水措施 沉井施工法 取水泵房立式水泵 某化工厂地下式取水泵房 某化工厂地下式取水泵房 二级泵站的布置 二级泵站的布置 设有Sh型水泵的半地下式平面布置图 1操作室与配电室 2地下式泵房 3走道 4短梯5水泵基础 6 真空泵基础 7集水坑 4 11 4深井泵站1 深井泵站通常由泵房与变电所组成 深井泵房的形式主要有地面式 半地下式和地下式3种 地面式 造价低 施工及运行简单 通风好 水头损失较大 电耗较高 半地下式 水力条件较好 电耗较低 造价较高 通风差 施工及操作不便 噪音大 人防 抗震条件好 水力条件较好 电耗低 施工及操作难度大 防水处理复杂一般深井泵站深井泵 一台水泵一个水泵站 集中遥控 潜水泵 无需单独设置泵房 集中控制 2 大型深井泵站一井多泵 一井多泵 4 12给水泵站的工艺